Коагулятор

Изобретение относится к области магнитной коагуляции высокодисперсных твердых частиц с магнитной компонентой. Оно может быть использовано в химической, металлургической, теплоэнергетической промышленностях и найти наибольшее применение при очистке вентиляционных выбросов от возгонных аэрозолей, образующи хся при ведении сварочных работ, лазерной резке металла, плавлении черных металлов. Известен коагулятор для укрупнения частиц высокодисперсных аэрозолей с магнитной компонентой, выполненный в виде аппарата периодического действия с заторможенным зернистым слоем насадки (А.с. СССР №1776425, кл. B01D35/06, опубл. 1992, с.19). Аппарат включает корпус цилиндрической формы с фланцами, верхнюю горизонтальную непровальную решетку, горизонтальную непровальную решетку в нижнем торцевом сечении корпуса с расположенным на ней слоем зернистой насадки, а также нижнее и верхнее конической формы днища, присоединенные при помощи фланцев к корпусу. Известный аппарат работает следующим образом. Под действием динамических сил потока очищаемого газа слой гранул насадки переводится в состояние заторможенного псевдоожиженного слоя и образует зону магнитной коагуляции. Процесс регенерации зернистого слоя гранул насыщенного высокодисперсными твердыми частицами осуществляется при снижении скорости подачи газа до величины, меньшей скорости спокойного псевдоожижения с последующим разрушением зернистого слоя при его падении на нижнюю непровальную решетку. При следующем восстановлении режима заторможенного псевдоожиженного слоя укрупненные частицы аэрозоля выносятся из слоя и осаждаются под действием центробежных сил в циклоне. Процесс коагуляции многократно чередуется с процессом регенерации. Таким образом, для осуществления непрерывного процесса магнитной коагуляции с применением коагулятора известной конструкции необходимо устанавливать два аппарата, работающих попеременно, что усложняет установку в целом, ведет к необходимости применения автоматического переключения коагуляторов, к увеличению габаритов, металлоемкости и энергоемкости установки. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату, который принят за прототип, является магнитный коагулятор для укрупнения высокодисперсных твердых частиц аэрозоля, содержащих магнитную компоненту, описанный в заявке с № предварительной регистрации 95031134 (Заявка подана в ЦИЦПЭ Госпатента Украины 13 марта 1995г., кл. B01D35/06). Этот коагулятор выполнен в виде аппарата непрерывного действия с поршневым псевдоожиженным зернистым слоем и состоит из корпуса цилиндрической формы с фланцами, расположенной в нижнем торцевом сечении горизонтальной непровальной решетки, размещенной над решеткой зернистой насадки, нижнего и верхнего конической формы днищ, которые присоединены к корпусу посредством фланцев. Однако известный коагулятор имеет значительные габариты и металлоемкость. Это ограничивает возможности промышленного применения аппарата. Высота цилиндрического корпуса коагулятора определяется высотой поршневого псевдоожиженного слоя, его структурой в свободном канале, достигаемой эффективностью коагуляции и составляет 1000мм. Техническая задача, которая положена в основу изобретения, состоит в создании конструкции коагулятора непрерывного действия для укрупнения высокодисперсных твердых частиц аэрозоля с магнитной компонентой путем расширения возможности промышленного применения предлагаемого коагулятора. Техническим результатом решения поставленной технической задачи является: достижение уменьшения высоты поршневого псевдоожиженного слоя и, следовательно, уменьшение габаритов и металлоемкости коагулятора, снижение капитальных затрат, создание компактного, надежного и работоспособного коагулятора при сохранении высокой степени очистки газа от аэрозоля, содержащего высокодисперсные твердые частицы с магнитной компонентой. Технический результат достигается тем, что предлагаемый коагулятор, представляющий собой аппарат непрерывного действия с псевдоожиженным поршневым зернистым слоем насадки, состоящий из корпуса с фланцами, непровальной решетки, установленной в нижнем торцевом сечении корпуса и расположенным на ней зернистым слоем насадки, верхней непровальной решетки, нижнего и верхнего конических днищ, соединенных с корпусом при помощи фланцев, выполнен в виде корпуса с параллельно сгруппированными вертикальными каналами с круглой, квадратной или шестигранной формой сечения, образующи х компактную стр уктур у, при этом в каждом канале непосредственно над или под нижней непровальной решеткой установлено сужающее устройство, выполненное в виде плоского контура, а в пространстве между свободной поверхностью зернистого слоя насадки и верхним торцевым сечением канала установлен ограничитель высоты поршневого псевдоожижеиного слоя, выполненный в виде плоской, цилиндрической или конической спирали. На фиг.1 показан продольный разрез коагулятора; на фиг.2 - поперечное сечение А - А на фиг.1 (корпуса коагулятора для случая конструктивного исполнения сечения каналов круглой формы); на фиг.3 поперечное сечение А - А на фиг.1 (корпуса коагулятора для случая конструктивного исполнения сечения каналов квадратной формы); на фиг.4 - поперечное сечение А - А на фиг.1 (корпуса коагулятора для случая конструктивного исполнения сечения каналов шестигранной формы); на фиг.5 - продольное сечение канала с поршневым псевдоожиженным слоем и установленными в канале - над непровальной решеткой - сужающее устройство и в пространстве над слоем - ограничителем высоты поршневого псевдоожиженного слоя для случая конструктивного исполнения ограничителя в виде плоской спирали; на фиг.6 изображено продольное сечение канала с поршневым псевдоожиженным слоем и установленными в канале над непровальной решеткой - сужающим устройством и в пространстве над слоем - ограничителем высоты поршневого псевдоожиженного слоя для случая конструктивного исполнения ограничителя в виде цилиндрической спирали; на фиг.7 изображено продольное сечение канала с поршневым псевдоожиженным слоем и установленными в канале над непровальной решеткой - сужающим устройством и в пространстве над слоем - ограничителем высоты поршневого псевдоожиженного слоя для случая конструктивного исполнения ограничителя в виде конической спирали. Коагулятор (фиг.1) сострит из корпуса 1, верхнего 2 и нижнего 3 конической формы днищ, верхней 4 и нижней 5 непровальных решеток, расположенного над нижней непровальной решеткой слоя гранул зернистой насадки 6. Корпус и днища герметично соединены при помощи фланцев 7. Кроме указанных конструктивных элементов в состав коагулятора входят установленные в каждом канале 8 (фиг.5, 6, 7) сужающее устройство 9 и ограничитель высоты 10 поршневого псевдоожиженного слоя. Корпус 1 выполнен в виде компактной структуры с сгр уппированными вертикальными каналами 8 и изготовлен любым известным способом, например, с применением трубчатых или листовых заготовок. Поперечное сечение каждого канала 8 имеет круглую форму (фиг.2), квадратную форму (фиг.3) или шестигранную форму (фиг.4). Сужающее устройство 9 выполнено в виде плоского замкнутого контура, расположенного непосредственно над или под нижней непровальной решеткой 5. Ограничитель высоты поршневого псевдоожиженного слоя 10 выполнен в виде плоской спирали (фиг.5), цилиндрической спирали (фиг.6) или конической спирали (фиг.7). Ограничитель высоты 10 поршневого псевдоожиженного слоя расположен в пространстве между зернистой насадкой 6 и верхним торцевым сечением канала. Ограничитель высоты 10 поршневого псевдоожиженного слоя может быть изготовлен из проволоки. В качестве материала насадки 6 может быть использован ряд зернистых материалов, например, узкая фракция песка. Коагулятор (фиг.1) работает следующим образом. Газ, например, воздух, включающий высокодисперсные твердые частицы с магнитной компонентой, например, сварочный аэрозоль, подается в коагулятор через нижнее днище 3, распределяется по каналам 8, проходит через нижнюю непровальную решетку 5. В каналах 8 под действием динамических сил газового потока слой зернистой насадки 6 переходит в состояние поршневого псевдоожижения. Слой зернистой насадки 6 (фиг.5, 6, 7) разделяется на отдельные плотные части - поршни газовыми "пробками". В ходе работы коагулятора с нижней торцевой поверхности каждого, кроме верхнего, поршня происходит осыпание частиц насадки 6 на нижерасположенный поршень и насыпание на верхнюю торцевую поверхность поршня частиц с верхнерасположенного поршня. С верхнего поршня, заторможенного ограничителем высоты 10 поршневого псевдоожиженного слоя, происходит только осыпание гранул. Сужающее устройство 9, расположенное над нижней непровальной решеткой 5, способствует формированию структуры поршневого псевдоожиженного слоя и препятствует забиванию нижней непровальной решетки 5 гранулами насадки 6 и твердыми частицами аэрозоля. Ограничитель высоты 10 поршневого псевдоожиженного слоя (фиг.5, 6, 7) тормозит слой по верхней его границе и препятствует интенсивному выбросу материала насадки 6 и забиванию верхней непровальной решетки 4. Сужающее устройство 9 и ограничитель высоты 10 поршневого псевдоожиженного слоя способствуют созданию устойчивого режима поршневого псевдоожиженного слоя, а значит способствуют надежности и работоспособности коагулятора. Коагуляция высокодисперсных твердых частиц аэрозоля происходит в плотном слое зернистой насадки 6, то есть в поршнях, а скалывание частиц - при пересыпании насадки между поршнями. Коагулятор предназначен для работы совместно с любым устройством для улавливания скоагулированных частиц, например, с циклоном. Изобретение иллюстрируется следующим примером. Проведены испытания коагулятора, выполненного в виде стеклянной трубки внутренним диаметром 18мм, длиной 500мм, ограниченной сверху и снизу непровальными решетками с живым сечением 48% и размером ячейки 0,45 ´ 0,45мм. В качестве насадки использовали фракцию песка с размером зерен 0,5 1,5мм. Высота слоя гранул зернистой насадки в нерабочем положении составила 300мм. Сужающее устройство размещено над нижней непровальной решеткой, выполнено из проволоки диаметром 1,2мм. В качестве ограничителя высоты поршневого псевдоожиженного слоя использовались плоская, цилиндрическая или коническая спирали с внешним диаметром 18мм, изготовленные из проволоки диаметром 1,2мм. Кроме коагулятора в состав установки для испытаний вошли: циклон ЦН-15 диаметром 40мм для улавливания укрупненных частиц аэрозоля, сварочный пост, промышленный пылесос КУ-1, контрольный фильтр с тканью Петрянова типа ФППД-4, трубки для соединения элементов установки. Оценивание эффективности коагуляции производили весовым методом с использованием аналитических весов ВЛА-200 М. В ходе испытаний в сварочном посту генерировался при помощи электродов УОНИ аэрозоль с мелкодисперсными частицами, содержащими магнитную компоненту. Воздух с твердыми частицами аэрозоля последовательно проходил через коагулятор, циклон и пылесос. Отбор проб на фильтр из ткани Петрянова осуществлялся в двух точках: до коагулятора и после циклона. Производительность составила 0,45 - 1,00м 3/ч. Были проведены сравнительные испытания заявляемой конструкции коагулятора и известного по заявке "Способ очистки газа от частиц аэрозоля, содержащего высокодисперсные твердые частицы с магнитной компонентой" (Вознюк Т.А., Нестеров А.П., Павлищев М.И., Степанюк А.Р., Фещенко В.З. Заявка подана в НИЦПЭ Госпатента Украины 13.03.95г. №95031134, кл. B01D35/06). Различие состояло в том, что в известной конструкции коагулятора использовалась труба круглого сечения высотой 1000мм без установки в ней сужающего устройства и ограничителя высоты поршневого псевдоожиженного слоя. Испытания показали, что при одних и тех же высотах слоя зернистой насадки в нерабочем состоянии, равных 300мм, расходе газа через канал коагулятора 0,45 - 1,00м 3/ч, достижении той же степени очистки равной 96%, высота устойчивого псевдоожиженного слоя поршней в предлагаемой конструкции коагулятора с сужающим устройством и ограничителем высоты поршневого псевдоожиженного слоя составила 500мм, тогда как в известной конструкции она достигала 1000мм. Таким образом, испытания заявляемого устройства показали возможность создания компактного, надежного и работоспособного коагулятора при сохранении высокой степени очистки газа от аэрозоля, содержащего высокодисперсные твердые частицы с магнитной компонентой.