Способ и устройство для мокрой очистки воздуха
Изобретения относятся к способам и техническим средствам очистки воздуха в промышленности и могут быть использованы для очистки воздуха от пыли и других вредных примесей при различных производственных процессах с содержанием вредных веществ в воздухе рабочих зон выше предельно допустимой концентрации (ПДК), в частности в горнодобывающей промышленности. Устройство для мокрой очистки воздуха включает по существу вытянутый полый корпус с входом и выходом, подводящие патрубки, эжектирующие форсунки, линейно установленные внутри корпуса, соединенные своими входами с подводящими патрубками, обращенные соплами к выходу корпуса, и отводящий патрубок. Полый корпус устройства снабжен разделителем потока, расположенным между эжектирующими форсунками и выходом корпуса, образующим воздушные тракты в продольной секущей плоскости, отходящие под острым или прямым углом к продольной оси корпуса, причем тракты смыкаются за разделителем потока под, по существу, прямым или острым углом к продольной оси корпуса, а отводящий патрубок сообщается по меньшей мере с одним из них. Способ мокрой очистки воздуха включает поступление загрязненного воздушного потока в корпус через вход, предварительную мокрую очистку орошающим конусом линейно расположенных эжекторных форсунок, преобразование предварительно очищенного воздушного потока в трубообразный поток ленточного вида, схлопывание предварительно очищенного воздушного потока в поток со сплошным поперечным сечением и удаление примесей через отводящий патрубок. Технический результат: повышение эффективности воздушной очистки без необходимости подачи дополнительной энергии. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретения относятся к способам и техническим средствам очистки воздуха в промышленности и могут быть использованы для очистки воздуха от пыли и других вредных примесей при различных производственных процессах с содержанием вредных веществ в воздухе рабочих зон выше предельно допустимой концентрации (ПДК), в частности в горнодобывающей промышленности.
Предлагаемые способ и устройство относятся к области воздухоочистителей с многоступенчатой комбинированной очисткой. Форсунки с соплами, содержащиеся в корпусе устройства, сочетают функции побудителя тяги и очистителя для поступающего на вход устройства воздушного потока. Высокая степень взаимодействия с поступающим воздухом диспергируемой жидкости достигается, в том числе, за счет широкого раскрытия конуса жидкости, что обеспечивается расположением форсунок. После прохождения стадии предварительной очистки, воздушный поток доочищается при прохождении через разделитель путем деления общего потока на воздушные тракты и последующего их столкновения.
Известны способы очистки воздуха методом соударения встречных потоков, основывающиеся на соударении обособленных струй, подаваемых в коагуляционную камеру по самостоятельным трубопроводам. Эффективность улавливания вредных примесей зависит от объема коагуляционной камеры, скорости и плотности потоков (струй).
Из уровня техники известен способ очистки загрязненного воздушного потока, реализованный в устройстве по авторскому свидетельству СССР на изобретение №659173 (заявители: предприятие п/я А-7113, ИТМО им. А.В. Лыкова (SU), з. №2434727 от 27.12.1976, публ. 30.04.1979, МПК В01D 47/06). Устройство очистки запыленного газа содержит коагуляционную камеру, в которую с противоположных сторон соосно введены разгонные трубы, коаксиально которым расположены наружные трубы, образующие между собой кольцевой канал для ввода обжимающих струй в коагуляционную камеру через выводные сопла, направленные под углом 10-40° к оси разгонных и наружных труб. Обжимающие струи вводят в кольцевой канал через тангенциально расположенные патрубки. В разгонных трубах расположены форсунки. Коагуляционная камера оборудована отводным патрубком отработанного газа в каплеуловитель. Кроме того, в разгонных трубах размещены завихрители потоков, а патрубки соединены трубопроводом с подводящей магистралью через клапан-пульсатор. Приведенное техническое решение имеет ряд недостатков. При относительно высоких скоростях встречных потоков, что требуется для повышения эффективности очистки, возможные размеры коагуляционной камеры не обеспечивают в необходимой степени предупреждение каплевыноса и вторичного уноса вредных веществ воздушным потоком. Таким образом, вынужденное ограничение объема коагуляционной камеры не позволяет полностью использовать эффективность метода встречных струй. Кроме того, устройство по указанному авторскому свидетельству характеризуется сложной конструкцией, повышающей материалоемкость, энергоемкость, и, вследствие увеличения каналов подачи воздуха, необходимость увеличения количества и мощности побудителей тяги.
Из уровня техники известны решения, преодолевающие некоторые недостатки вышеуказанного устройства, однако реализованные на иных принципах. Так, существует техническое решение по патенту Российской Федерации на изобретение №2418171 (заявитель Глазырина Е.А. (RU), з. №2009149681 от 30.12.2009, публ. 10.05.2011, МПК E21F 5/00). В изобретении реализован способ мокрой очистки воздушного потока, включающий поступление воздуха на вход корпуса очистителя, прохождение через каскад эжекторных форсунок, коагуляцию, отвод вредных примесей через шламоотводящий патрубок, осаждение оставшихся примесей на шламоотделителе и выход очищенного воздуха. Недостатками способа по указанному патенту являются недостаточное качество очистки запыленного воздушного потока, содержащего, в основном, мелкодисперсные частицы. Применяемый каскад форсунок не обеспечивает, в полной мере, коагуляцию более мелких частиц пыли, которые беспрепятственно следуют далее по направлению движения потока и не могут быть эффективно уловлены, в частности, шламоуловителем. Кроме того, орошение каскадом форсунок пылевоздушного потока приводит к коагуляции последнего с каплями жидкости, что, вследствие проявления недостатка конструкции, выраженного в низкой эффективности по улавливанию мелкодисперсных составляющих образованного пылекапелевоздушного потока, приводит к повышению влажности воздушного потока на выходе корпуса очистительного устройства.
Технической проблемой, на решение которой направлены настоящие изобретения, является повышение эффективности воздушной очистки без необходимости в подаче дополнительной энергии за счет предварительной очистки загрязненного воздушного потока и последующей доочистке и улавливании вредных частиц меньшего размера при разделении и последующем столкновении пылекапелевоздушных потоков, а также дополнительное осушение пылекапелевоздушного потока при прохождении через секцию преобразователя потока.
Указанная проблема преодолеваются предлагаемым устройством мокрой очистки воздушного потока. Техническая проблема решается в общем случае тем, что в устройстве мокрой очистки воздушного потока, включающем, по существу, вытянутый полый корпус с входом и выходом, подводящие патрубки, эжектирующие форсунки, линейно установленные внутри корпуса, соединенные своими входами с подводящими патрубками, обращенные соплами к выходу корпуса, и отводящий патрубок, причем полый корпус дополнительно снабжен разделителем потока, расположенным между эжектирующими форсунками и выходом, образующим, по меньшей мере, два воздушных тракта, расположенных под острым или прямым углом к продольной оси корпуса, тракты смыкаются за разделителем потока под, по существу, прямым или острым углом к продольной оси корпуса, а отводящий патрубок сообщается, по меньшей мере, с одним из трактов.
Устройство в общем случае исполнения имеет ряд общих признаков с ближайшим аналогом. Так, оба технических решения содержат, по существу, вытянутый полый корпус с входом и выходом, подводящие патрубки, соединенные своими выходами с входами линейно установленных внутри корпуса эжектирующих форсунок, и отводящий патрубок. Признаками, отличающими изобретение от ближайшего аналога в общем случае исполнения, является наличие разделителя потока, расположенного между эжектирующими форсунками и выходом, образующим воздушные тракты в продольной секущей плоскости, расположенных под острым или прямым углом к продольной оси корпуса, причем тракты смыкаются за разделителем потока под, по существу, прямым или острым углом к продольной оси корпуса, а отводящий патрубок сообщается, по меньшей мере, с одним из них.
Указанная проблема в одном частном исполнении предлагаемого устройства мокрой очистки воздушного потока дополнительно решается тем, что полый корпус устройства имеет, преимущественно, трубообразную форму.
Техническая проблема в другом частном случае исполнения устройства дополнительно решается тем, что корпус имеет переменное поперечное сечение.
Техническая проблема в третьем частном случае исполнения устройства мокрой очистки воздушного потока дополнительно решается тем, что полый корпус устройства снабжен диффузором и конфузором, расположенными перед и за разделителем потока, соответственно.
Уточнением третьего частного случая для устройства мокрой очистки воздушного потока является выполнение разделителя потока в форме стакана, ориентированного открытой частью к входу полого корпуса устройства, и расположенного соосно по отношению к нему.
Целесообразно дополнительно уточнить вышеуказанный признак устройства мокрой очистки воздушного потока тем, что площадь поперечного стакана Sb определяется зависимостью:
где Sh - площадь поперечного сечения корпуса непосредственно перед разделителем потока, а длина стакана Lb по продольной оси определяется зависимостью:
где Dh - диаметр корпуса.
Техническая проблема в четвертом частном случае дополнительно решается тем, что площадь поперечного сечения Sch каждого воздушного тракта определяется формулой:
где Sh - площадь поперечного сечения корпуса непосредственно перед разделителем потока, a n - количество образованных разделителем потока воздушных трактов.
Для решения заявленной технической проблемы, устройство в частном случае исполнения отличается тем, что полый корпус содержит несколько разделителей потока, установленных последовательно, причем смыкание воздушных трактов происходит за каждым разделителем потока.
Следующее частное исполнение устройства отличается от общего случая тем, что в корпусе дополнительно установлена крыльчатка, размещенная между разделителем потока и выходом корпуса, причем в месте ее расположения площадь поперечного сечения корпуса больше типичной площади поперечного сечения корпуса.
Уточнением вышеуказанного частного исполнения является приведение крыльчатки в движение набегающим воздушным потоком и выполнение лопастей крыльчатки с углами атаки в диапазоне 15÷30°.
В ином частном случае исполнения, настоящее изобретение отличается от своей реализации в общем случае тем, что в корпусе дополнительно установлен шламоуловитель в виде пакета, преимущественно, взаимно параллельных пластин, параллельный продольной оси корпуса и расположенный между разделителем потока и выходом корпуса.
Иной реализацией устройства является выполнение задней секции воздушных трактов с двойным изломом 30÷50°.
Устройство, в соответствии с другим частным случаем исполнения, может дополнительно характеризоваться тем, что один из воздушных трактов содержит отбойную перегородку, установленную, по существу, перпендикулярно направлению движения воздушного потока, под которой расположен отводящий патрубок с горловиной, сообщающейся с трактом.
Эффективность очистки загрязненного воздушного потока, очевидно, зависит от соотношения общего количества вредных примесей в точке прохождения воздушного потока через вход корпуса устройства к количеству уловленных вредных примесей. Не все примеси могут быть удалены из пылекапелевоздушной смеси при прохождении первого этапа очистки, т.е. при взаимодействии с орошающим конусом форсунок.
Тем не менее, линейно расположенные эжектирующие форсунки обеспечивают равномерное и устойчивое орошение конусообразным факелом диспергированной жидкости проходящего через них воздушного потока и полное равномерное и плотное заполнение диспергированной жидкостью той части полости корпуса воздухоочистителя, которая находится в конусе орошения форсунки. Столкновение дисперсных пылевых частиц с каплями жидкости приводит к их коагуляции и дальнейшему выпадению на нижнюю часть корпуса устройства. В то же время, некоторые мелкодисперсные частицы, количество которых зависит, в том числе, от напора жидкости в факеле орошающего конуса форсунок, коагулируют недостаточно интенсивно, что приводит к их продвижению к выходу корпуса устройства и, как следствие, такие частицы не могут быть уловлены вследствие попадания в отводящий патрубок, поскольку они продолжают движение вместе с основной массой воздушного потока. Решением проблемы по побуждению к интенсивной коагуляции мелкодисперсных частиц, содержащих вредные примеси служит применение разделителя потока. Технически, в настоящем изобретении применен принцип разведения (разделения) единого потока на части, и последующего их слияния в новый единый поток, причем столкновение разделенных потоков происходит под углом, приблизительно близким к 180°, что позволяет, с одной стороны, эффективно погасить кинетическую энергию мелких пылевых частиц после соударения частиц разных потоков, с другой стороны, позволяет укрупнить капельно-пылевые частицы до увеличения массы дисперсной системы до той величины, которая приводит к выпадению таких частиц на нижнее основание корпуса и дальнейшее их поступление в отводящий патрубок.
Разделитель потока обеспечивает формирование воздушных трактов, способствующих снижению каплеуноса вследствие разведения и последующего столкновения пылекапелевоздушных струй. В общем случае исполнения, разделитель потока, по существу, функционирует как дефлектор, создавая несколько путей протекания воздушного потока через секцию разделителя.
Таким образом, предложенное устройство позволяет производить комбинированную многоступенчатую очистку загрязненного воздушного потока.
Столкновение встречно направленных трактов дополнительно обеспечивает осушение воздушного потока за счет упомянутого снижения каплевыноса, вследствие чего, капли жидкости, преимущественно, остаются в зоне коагуляции.
Выполнение корпуса, преимущественно, в форме трубы, т.е., в общем случае полого тела, имеющего, по меньшей мере, два торца, которые по существу являются входом выходом, длина которого по горизонтальной оси значительно превышает его диаметральный размер. Поперечное сечение такого корпуса может иметь как форму круга, так и иную форму, например, многоугольника. Предпочтительно, тем не менее, применение тела с круглым поперечным сечением или близким к нему, поскольку конструкция эжектирующих форсунок подразумевает создание конуса орошающей жидкости, также имеющего, по существу, круглое поперечное сечение. Таким образом, осуществляется наиболее эффективное взаимодействие капель жидкости с пылевоздушным потоком. Трубообразная форма корпуса обеспечивает относительно стабильную скорость движения воздушного потока при прохождении всех предусмотренных изобретением ступеней очистки, параллельно обеспечивая доочистку дисперсной системы (вредные вещества, воздух, капли воды) за счет проявления т.н. «пристеночного эффекта», заключающегося в замедлении скорости движения той части потока, которая расположена ближе к внешнему диаметру корпуса устройства. Снижение скорости приводит, в свою очередь, к уменьшению величины кинетической энергии частиц, что в совокупности с, преимущественно, турбулентным течением среды в корпусе, приводит к дополнительному выпадению некоторого количества частиц, содержащих вредные примеси на нижнюю часть внутренней поверхности корпуса. Дальнейшее движение указанных частиц продолжается по направлению к отводящему патрубку под действием воздушного потока, формируемого массивом эжектирующих форсунок.
Корпус устройства может иметь переменное поперечное сечение, т.е. участки трубы, имеющие большее или меньшее значение площади поперечного сечения по сравнению с типичной площадью поперечного сечения корпуса. Типичной площадью считается такая площадь поперечного сечения, которая приблизительно соответствует площади поперечного сечения орошающего конуса эжектирующих форсунок. Использование более узких или более широких участков в корпусе позволяет изменять скорость и величину давления потока в соответствии с законами гидродинамики. Так, например, целесообразным может быть уменьшение диаметра корпуса в месте столкновения встречно направленных воздушных потоков для создания дополнительного завихрения в области их взаимодействия. Дополнительно, может быть предусмотрено выполнение в зоне расположения разделителя потоков нижней части поверхности корпуса ориентированной под некоторым острым углом по отношению к его продольной оси.
Наличие в корпусе диффузора и конфузора, соответственно, позволяет разместить внутри корпуса разделитель потока, имеющий площадь поперечного сечения сравнимую или большую типичной таковой величины для корпуса устройства. Таким образом, воздушный поток отклоняется от горизонтальной траектории под некоторым острым углом, предпочтительно, близким к 90°, что, в свою очередь, влияет на величину кинетической энергии находящихся в нем частиц за счет дополнительных взаимных соударений, и, кроме того, обеспечивает, в основном, незначительное падение скорости потока, что позволяет избежать значительного повышения давления в области его разделения, позволяя разделенному потоку продвигаться далее по заложенной траектории.
Разделитель потока может иметь, по существу, любую форму, поскольку первичным, в рамках данного изобретения, является его функциональное назначение. Разделитель предназначен для разбиения единого воздушного потока на составляющие, т.е. поток вынужден огибать указанный разделитель, который выполняет функцию дефлектора. Выполнение разделителя потока в форме стакана, ориентированного открытой частью по направлению к входу корпуса и соосно с ним размещенного, позволяет, по сути, создать дополнительный воздушный тракт внутри корпуса разделителя, при этом, его основание используется в качестве отбойной перегородки. В совокупности, такая конструкция обеспечивает создание турбулентного, дополнительно завихренного потока и повышает степень коагуляции в зоне внутреннего пространства стакана. Для удаления коагулянта с вредными веществами на части боковой поверхности стакана могут быть выполнены сливные отверстия. Коагулянт, попавший в такое отверстие, проходит по нижней части корпуса устройства и поступает в отводящий патрубок. Экспериментальным путем автором установлено, что геометрические размеры стакана влияют на эффективность работы устройства. Так, площадь поперечного сечения стакана должна составлять не менее типичной площади поперечного сечения корпуса, умноженной на 1,5 (формула 1). Такая зависимость обеспечивает, в совокупности с наличием в корпусе диффузора, образование достаточного угла отклонения а от продольной оси корпуса. Длина стакана выбирается в соответствии с диаметром корпуса воздухоочистителя. Меньшая длина не обеспечит достаточную эффективность по улавливанию и осаждению вредных веществ. Большая длина не целесообразна и ведет только к увеличению излишней длины корпуса воздухоочистителя. Форма выполнения стакана, по существу, не является принципиальной в рамках настоящего изобретения деталь, по меньшей мере, должна содержать основание (дно) и одну или некоторое количество боковых граней, например, стакан может быть выполнен в форме цилиндра, куба, призмы, усеченного конуса или усеченной пирамиды.
Обеспечение беспрепятственного продвижения воздушного потока к выходу корпуса при условии его разделения на соответствующем участке происходит, в том числе, при отношении площадей поперечного сечения корпуса и площади поперечного сечения в секции разделителя потока, равном или большем единицы.
Повышение степени очистки по сравнению с общим случаем реализации устройства может происходить также за счет увеличения количества разделителей потока, установленных в корпусе. Таким образом, возрастает количество циклов разделения/схлопывания потока, что приводит к увеличению процента коагулирующих дисперсных систем и отведению коагулянта, содержащего примеси через соответствующие патрубки. Увеличение количества секций, содержащих разделитель потока, реализовано следующим образом. Непосредственно за местом схлопывания потоков в корпус помещают идентичный разделительный узел и так далее до достижения необходимого количества таких узлов. Каждая такая секция корпуса, оборудованная разделителем потока, имеет свой отводящий патрубок, связанный с внутренним пространством корпуса. В дальнейшем, отдельные патрубки могут соединяться для образования единого канала отвода жидкости. В связи с увеличением количества ступеней очистки, может потребоваться увеличение давления жидкости, подаваемой на форсунки.
Доочистка воздушного потока от оставшихся незначительных примесей, а также его дополнительное осушение может проводиться с использованием крыльчатки, установленной внутри корпуса устройства. Попадающий на лопатки крыльчатки коагулянт, содержащий, в том числе, вредные примеси, под действием центробежной силы будет отклоняться к ее внешнему радиусу, впоследствии, попадая на внутреннюю часть стенки корпуса, которая имеет диаметр больший, чем типичный диаметр корпуса. Со стенки корпуса коагулянт может отводиться через патрубок, аналогичный применяемому в секции, содержащей разделитель потока. Угол атаки лопаток крыльчатки должен, с одной стороны, эффективно улавливать коагулянт, а с другой - не препятствовать продвижению воздушного потока. Автором в процессе создания изобретения установлено, что угол атаки, меньший чем 15° значительно задерживает воздушных поток на его пути к выходу корпуса, а превышении угла 30° не дает значительного эффекта в улавливании коагулянта.
Как альтернатива описанной выше крыльчатке, может применяться шламоуловитель, аналогичный описанному в патенте №2418171, обеспечивая дополнительную ступень очистки смеси.
В соответствии с одним из частных случаев исполнения изобретения, задняя стенка воздушных трактов может быть выполнена с изломом. В данном случае, задней стенкой называют ту часть корпуса устройства, которая формирует встречные тракты за разделителем потока. Установлено, что при отсутствии указанных изломов, смесь может аккумулироваться на задней стенке корпуса и продолжать дальнейшее движение, не участвуя в столкновении воздушных потоков, снижая, тем самым, эффективность работы устройства. Выполнение двойного излома трактов позволяет перенаправить смесь с задней стенки отходящего патрубка (расположенной ближе к выходу корпуса) на переднюю, для поступления коагулянта в отводящий патрубок.
В рамках настоящей группы изобретений предложен способ мокрой очистки воздуха, на котором основано действие устройства очистки воздуха, раскрытого выше. Аналогом для предложенного способа также может служить устройство по патенту на изобретение №2418171. Отмечалось, что способ, реализованный в данном устройстве, не обеспечивает достаточно качественную очистку и осушение воздушного потока. Таким образом, технической проблемой, которая преодолевается созданным способом, является разработка способа, позволяющего проводить эффективную комбинированную многоступенчатую очистку и осушение загрязненного воздушного потока.
В общем случае реализации, техническая проблема решается следующим образом. Способ мокрой очистки воздуха включает поступление загрязненного воздушного потока в корпус через вход, предварительную мокрую очистку орошающим конусом линейно расположенных эжектирующих форсунок, и удаление примесей через отводящий патрубок, отличающийся тем, что перед удалением примесей производят преобразование предварительно очищенного воздушного потока в трубообразный поток ленточного вида, и схлопывание предварительно очищенного воздушного потока в поток со сплошным поперечным сечением.
Техническое решение имеет ряд общих признаков с ближайшим аналогом, а именно: поступление загрязненного воздушного потока через вход корпуса, предварительную мокрую очистку орошающим конусом линейно расположенных эжектирующих форсунок, удаление примесей через отводящий патрубок.
В общем случае реализации, предложенный способ отличается от ближайшего аналога тем, что дополнительно, перед удалением примесей, производят преобразование предварительно очищенного воздушного потока в трубообразный поток ленточного типа и осуществляют последующее схлопывание потока в поток со сплошным поперечным сечением.
Техническая проблема в первом частном случае реализации способа мокрой очистки воздушного потока дополнительно решается тем, что цикл преобразования воздушного потока в трубообразный поток ленточного вида и схлопывание предварительно очищенного воздушного потока в поток со сплошным поперечным сечением проводят, по меньшей мере, два раза.
Техническая проблема во втором частном случае реализации способа мокрой очистки воздушного потока дополнительно решается тем, что производят доочистку потока со сплошным поперечным сечением прогоном его через крыльчатку, расположенную в расширенной части корпуса между узлом преобразователя потока и выходом.
Способ позволяет проводить многоступенчатую комбинированную очистку воздушного потока высокого качества, в том числе, путем предварительной очистки поступившего в корпус загрязненного воздушного потока линейно установленными эжектирующими форсунками. Предпочтительно, при реализации способа предусмотрено использование массива из трех последовательно расположенных эжектирующих форсунок. Тем не менее, предложенный способ позволяет решить техническую проблему при использовании в составе массива двух, либо четырех и более эжектирующих форсунок. Экспериментальным путем установлено, что применение одной эжектирующей форсунки, сочетающей функции оросителя и побудителя тяги, не позволяет решить обозначенную техническую проблему, поскольку тяга, ей создаваемая, не позволяет сообщить частицам, составляющим поток, достаточно энергии для эффективной коагуляции. Применение большего количества форсунок (четыре, пять и более) в некоторой степени способствует повышению интенсивности коагуляции, однако, значительно увеличит затраты энергии. Таким образом, способ предусматривает использование форсунок в количестве n, при условии, что n>1. Формируемый форсунками факел аэрозоля, имеющий треугольную форму в продольном сечении, смешивается с поступающим воздушным потоком и увлекает его в направлении эжекции. Одновременно происходит коагуляция твердой (примесная составляющая воздушного потока) и жидкой фаз с выпадением части образованного коагулянта на нижнюю внутреннюю поверхность корпуса. Выпавший коагулянт под действием потока, вызванного эжекцией, поступает в отводящий патрубок и далее по трубопроводу для утилизации. Часть коагулянта, имеющего в своем составе вредные примесные элементы, вместе с остальной частью потока поступает к разделительному элементу, который, по сути, выполняет функции дефлектора, отклоняя поток пылегазоводяной смеси на некоторый угол по отношению к продольной оси корпуса. В результате отклонения, образуются несколько воздушных трактов, т.е. путей движения потока, огибающего разделитель. После разделения производят обратное преобразование потока. Суть обратного преобразования состоит в столкновении разделенных потоков и получении единого потока со сплошным поперечным сечением. Результатом устроенного столкновения является, помимо прочего, возникновение зоны интенсивной коагуляции с образованием дисперсных систем, выпадающих в виде осадка на нижнюю часть внутренней поверхности корпуса и затем поступающих в отводящий патрубок, совместно с коагулянтом, образовавшимся на этапе предварительной очистки. Параллельно с процессом коагуляции в зоне столкновения потоков, происходит осушение воздушного потока за счет снижения каплевыноса и удержания капель жидкости в зоне коагуляции.
Для обеспечения более тонкой очистки воздушного потока цикл разделения/схлопывания повторяют многократно, позволяя достичь, таким образом, высокий процент коагуляции по вредным примесям, содержащимся в очищаемом воздушном потоке.
Третьей ступенью очистки, в соответствии с настоящим изобретением, является признак, описанный в третьем частном случае способа мокрой очистки воздуха. Реализация признака предусматривает прогон воздушного потока через крыльчатку, приводимую в движение указанным потоком. Под действием инерционных сил, капли жидкости, содержащие, по большей части, вредные примеси, абсорбированные при смешении с воздушным потоком, осуществляют движение по лопастям крыльчатки по направлению к ее внешнему радиусу, попадая затем на стенки корпуса, откуда они поступают в отводящий патрубок.
Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами. На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство мокрой очистки воздуха в общем виде. На фиг. 2 схематично изображен пример выполнения очистителя с конической конструкцией разделителя потока и дополнительно установленным шламоотделителем. На фиг. 3 показан эскиз устройства очистки воздуха с разделителем потока, выполненным в форме стакана. На фиг. 4-6 показаны поперечные сечения А-А, Б-Б и В-В, соответственно. Фиг. 7 содержит устройство очистки воздуха с разделителем потока в форме стакана и дополнительно установленной крыльчаткой. На фиг. 8 изображен пример выполнения очистителя, содержащего несколько последовательно установленных разделителей потока. На фиг. 9 изображен очиститель, в котором использованы отводящие патрубки в качестве разделителя потока и дополнительно установлен шламоотделитель.
На приведенных фигурах числами обозначены следующие позиции:
1. Корпус
2. Вход
3. Выход
4. Форсунки
5. Подводящие патрубки
6. Разделитель потока
7. Воздушный тракт
8. Отводящий патрубок
9. Шламоотделитель
10. Отбойная перегородка
11. Крыльчатка
Предлагаемое устройство для мокрой очистки воздуха в одном из исполнений включает цилиндрический корпус 1 с входом 2 и выходом 3, см. фиг. 1. В корпусе 1 последовательно размещены три эжектирующие форсунки 4, подсоединенные своими входами к подводящим патрубкам 6. Линейная последовательность форсунок 4 образует массив форсунок. Сопла форсунок 4 обращены к выходу 3 корпуса 1. Форсунки 4 расположены на одной линии, проходящей коаксиально осевой корпуса 1. Между массивом форсунок 4 и выходом 3 установлен разделитель потока 6, образующий тракты 7, отводящий патрубок 8, расположенный под разделителем потока. На фиг. 2 устройство по фиг.1 дополнено шламоотделителем 9, выполненным в виде пакета тонких пластин, установленных с шагом 5 миллиметров горизонтально вдоль корпуса 1, а также измененной конструкцией корпуса, что показано на фиг. 5.
Разделитель потока 6 выполнен в виде конуса, как показано на фиг. 1; вариантом выполнения разделителя может служить стакан (фиг. 3, 7, 8), а также тринаправленный делитель потока (фиг. 9). В первом примере выполнения, разделитель потока, фактически, выполняет функцию дефлектора, отклоняя единый поток от горизонтальной оси, образуя, при продольном рассечении корпуса 1 воздушные тракты 7, смыкающиеся непосредственно за разделителем. Как видно по фиг. 2, 5 форма поперечного сечения корпуса может иметь форму четырехугольника. Следующий пример выполнения иллюстрирует применение стакана, ориентированного открытой частью к входу корпуса, в качестве разделителя потока. При таком выполнении единый поток воздуха, проходящий через разделитель потока, частично отклоняется корпусом разделителя, а частично поступает во внутреннее пространство стакана, создавая дополнительные завихрения потока. В третьем примере реализации, разделение потока достигается выполнением в корпусе устройства двух отходящих патрубков, в которые поступает пылекапелевоздушная масса, отраженная от отбойной перегородки 11, установленной на пути следования воздушного потока. Отводящий патрубок 8, в данном случае, расположен непосредственно под отбойной перегородкой 11 и способен принимать коагулянт, поступающий с обеих сторон от разделителя потока. Отбойная перегородка 11 удлинена вглубь отводящего патрубка 8 для предотвращения попадания пылекапелевоздушного потока в обход разделителя 6.
Вариант выполнения устройства, показанный на фиг. 7 дополнительно содержит крыльчатку 11, размещенную между преобразователем потока 6 и выходом 3 корпуса 1, и приводимую в движение набегающим потоком воздуха. Лопатки крыльчатки закреплены на втулке, установленной на валу в радиальных подшипниках. Угол атаки лопаток крыльчатки составляет 15°. Крыльчатка установлена в расширенной части корпуса. Изобретениями предусмотрено использование различных комбинаций разделителей потока крыльчатки и/или шламоотделителя.
Для более тонкой очистки сильно загрязненного воздушного потока применяется вариант устройства последовательно расположенными разделителями потока 6, в количестве n. Непосредственно разделители могут быть выполнены по схеме, предложенной на Фиг. 1, 3 или 9, либо их комбинацией.
Предлагаемое устройство мокрой очистки воздуха работает следующим образом. В корпус 1 устройства мокрой очистки воздушного потока через вход 2 поступает загрязненный воздушный поток. Жидкость под высоким давлением через подводящие патрубки 5 подается к форсункам 6 по обособленным каналам, формируя поток жидкости с продольно-вращательным движением в сторону сопла форсунок 6. При выходе жидкости из сопла форсунок с высокой скоростью и кинетической энергией формируется факел диспергированной жидкости, который и эжектирует загрязненный воздух в корпус 1 устройства через вход 2.
Одновременно, поступивший через вход 2 корпуса 1 загрязненный воздух орошается факелом жидкости, при этом капли жидкости улавливают крупные твердые частицы и абсорбируют газовые составляющие загрязнителей воздуха. Часть коагулянта выпадает в осадок на нижнюю часть корпуса 1 устройства и увлекается в направлении отводящего патрубка 8. Остальная часть пылекапелевоздушного потока устремляется в направлении выхода 3 корпуса 1. По достижении разделителя, единый поток расходится на несколько трактов 7, ограниченных самим разделителем, с одной стороны, и внутренней поверхностью стенки корпуса, с другой. После прохождения разделителя, тракты отклоняются к центральной оси корпуса, где происходит их столкновение.
В дальнейшем, воздуховодокапельный поток движется между пластинами шламоотделителя 9, при этом реализуется «пристеночный эффект», в результате чего капли жидкости с уловленными твердыми частицами и абсорбированными и растворенными газовыми составляющими вредностей задерживаются на поверхностях шламоотделителя 9. При этом еще не уловленные частицы и другие составляющие вредности также задерживаются на смоченных поверхностях шламоотделителя 9, повышая эффективность очистки воздуха. Жидкость с уловленными вредностями (шлам) стекает по поверхностям шламоотделителя 9 вниз и попадает в отводящий патрубок 8. В варианте выполнения, приведенном на фиг. 7, используется крыльчатка. В данном случае, пылекапелевоздушный поток приводит в движение крыльчатку, оказывая давление на ее лопатки. Лопатки, в свою очередь, задерживают капли жидкости с абсорбированными частицами, а вращение крыльчатки и центробежная сила отклоняют капли к периферии корпуса. Капли, впоследствии, попадают на внутреннюю часть расширенной части корпуса устройства. Изобретением может быть предусмотрено снабжение части корпуса, в которой установлена крыльчатка, дополнительным отводящим патрубком для утилизации капель жидкости, стекающих в нижнюю часть корпуса устройства.
Поток очищенного воздуха через выход 3 корпуса 1 воздухоочистителя поступает во внешнюю воздушную среду.
Предложенные устройства могут быть изготовлены с использованием известных технологий обработки материалов и машиностроения, применяемых при изготовлении воздухоочистителей и жидкостных форсунок. Предложенные способ и устройство могут быть использованы для очистки воздуха от промышленных загрязнений, в частности, для очистки воздуха от мелкодисперсной пыли в тех местах выполнения работ и передвижения людей, в которых используются известные устройства и способы мокрой очистки воздуха.
1. Устройство для мокрой очистки воздуха, включающее, по существу, вытянутый полый корпус с входом и выходом, подводящие патрубки, эжектирующие форсунки, линейно установленные внутри корпуса, соединенные своими входами с подводящими патрубками, обращенные соплами к выходу корпуса, и отводящий патрубок, отличающееся тем, что полый корпус снабжен разделителем потока, расположенным между эжектирующими форсунками и выходом, образующим воздушные тракты в продольной секущей плоскости, отходящие под острым или прямым углом к продольной оси корпуса, причем тракты смыкаются за разделителем потока под, по существу, прямым или острым углом к продольной оси корпуса, а отводящий патрубок сообщается по меньшей мере с одним из них.
2. Устройство для мокрой очистки воздуха по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен, преимущественно, трубообразной формы.
3. Устройство для мокрой очистки воздуха по п. 1, отличающееся тем, что корпус имеет переменное поперечное сечение.
4. Устройство для мокрой очистки воздуха по п. 3, отличающееся тем, что корпус снабжен диффузором и конфузором, расположенными перед и за разделителем потока соответственно.
5. Устройство для мокрой очистки воздуха по п. 4, отличающееся тем, что разделитель потока выполнен в форме стакана, ориентированного открытой частью к входу корпуса, расположенного соосно корпусу устройства.
6. Устройство для мокрой очистки воздуха по п. 5, отличающееся тем, что площадь поперечного сечения стакана Sb определяется зависимостью:
где Sh - площадь поперечного сечения корпуса непосредственно перед разделителем потока, а длина стакана Lb по продольной оси определяется зависимостью:
где Dh - диаметр корпуса.
7. Устройство для мокрой очистки воздуха по п. 1, отличающееся тем, что площадь поперечного сечения Sch каждого воздушного тракта определяется формулой:
где Sh - площадь поперечного сечения корпуса непосредственно перед разделителем потока, a n - количество образованных разделителем потока воздушных трактов.
8. Устройство для мокрой очистки воздуха по п. 1, отличающееся тем, что корпус содержит по меньшей мере два последовательно расположенных разделителя потока, причем воздушные тракты смыкаются за каждым таким разделителем потока.
9. Устройство для мокрой очистки воздуха по п. 1, отличающееся тем, что корпус содержит крыльчатку, установленную между разделителем потока и выходом корпуса, причем площадь поперечного сечения корпуса в месте установки крыльчатки больше типичной площади поперечного сечения корпуса.
10. Устройство для мокрой очистки воздуха по п. 9, отличающееся тем, что крыльчатка приводится во вращение набегающим потоком воздуха и имеет угол атаки лопаток в диапазоне 15÷30°.
11. Устройство для мокрой очистки воздуха по п. 1, отличающееся тем, что в корпусе дополнительно установлен шламоуловитель, расположенный между разделителем потока и выходом корпуса.
12. Устройство для мокрой очистки воздуха по п. 1, отличающееся тем, что задняя секция воздушных трактов выполнена с двойным изломом 30÷50°.
13. Устройство для мокрой очистки воздуха по п. 12, отличающееся тем, что один из воздушных трактов содержит отбойную перегородку, установленную перпендикулярно направлению движения воздушного потока, под которой расположен отводящий патрубок.
14. Способ мокрой очистки воздуха, включающий поступление загрязненного воздушного потока в корпус через вход, предварительную мокрую очистку орошающим конусом линейно расположенных эжекторных форсунок, преобразование предварительно очищенного воздушного потока в трубообразный поток ленточного вида, схлопывание предварительно очищенного воздушного потока в поток со сплошным поперечным сечением и удаление примесей через отводящий патрубок.
15. Способ мокрой очистки воздуха по п. 14, отличающийся тем, что цикл преобразования воздушного потока в трубообразный поток ленточного вида и схлопывание предварительно очищенного воздушного потока в поток со сплошным поперечным сечением проводят по меньшей мере два раза.
16. Способ мокрой очистки воздуха по п. 14, отличающийся тем, что производят доочистку потока со сплошным поперечным сечением прогоном его через крыльчатку, расположенную в расширенной части корпуса между узлом разделителя потока и выходом.
