Гідравлічний затвор системи мокрого газоочищення

1. Гідравлічний затвор системи мокрого газоочищення, який містить циліндричний корпус з днищем, патрубок для підведення шламової рідини, патрубок для відведення шламової рідини, розміщений вище патрубка для підведення шламової рідини, скребковий пристрій зі встановленими на валу обертання скребками та трубопровід відведення шламової пульпи, який відрізняється тим, що днище виконане конічним, конус днища звернений вершиною вниз і оснащений встановленою коаксіально до осі корпусу гідравлічною U 2 (19) 1 3 43286 В основу об'єкта, що заявляється, поставлена технічна задача створити новий гідравлічний затвор системи мокрого газоочищення, який за рахунок удосконалень шляхом введення нових конструктивних елементів та їхнього взаємного розташування дозволяє забезпечити досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні надійності та довговічності роботи гідрозатвора за рахунок запобігання заляганню та ущільненню великих фракцій шламу на днищі його корпусу, а також підвищення ефективності відведення шламової пульпи при підвищенні ефективності відведення шламової рідини та при запобіганні підсмоктуванню повітря в систему мокрого газоочищення. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в гідравлічному затворі системи мокрого газоочищення, який містить циліндричний корпус з днищем, патрубок для підведення шламової рідини, зливний патрубок для відведення шламової рідини, що розміщений вище патрубка для підведення шламової рідини, скребковий пристрій зі встановленими на валу обертання скребками та трубопровід відведення шламової пульпи, згідно з технічним рішенням, що заявляється, днище корпусу гідрозатвора виконане конічним, конус днища звернений вершиною вниз і обладнаний встановленим у вершині конічного днища коаксиально осі корпусу гідравлічним насадком для відведення шламової пульпи, насадок з утворенням внутрішнього кільцевого каналу взятий у розміщений коаксиально йому зовнішній кожух, верхня частина якого сполучена з конічним днищем, а нижня з'єднана з трубопроводом відведення шламової пульпи, причому кожух насадка обладнаний повітроводом, нижня частина якого сполучена з верхньою частиною зовнішнього кожуха насадка, а верхня T= ( 4 розташована вище патрубка для відведення шламової рідини. В окремих випадках виготовлення гідрозатвор, що заявляється, може бути обладнаний гідравлічним насадком, еквівалентний діаметр якого визначається виходячи з нерівності: d1≤dн≤d2, де dн - еквівалентний діаметр насадка, м; d1 - мінімально допустимий еквівалентний діаметр насадка, який визначається виходячи з умов відведення необхідної кількості шламової пульпи, м; d2 - максимально допустимий еквівалентний діаметр насадка, який визначається виходячи з умов необхідного часу для початкового заповнення гідрозатвора, м. При цьому d1 та d2 можуть бути визначені за формулами: d1 = 4aQ /( pj 2g(H + hн ) , d2 = 4w / p де a - мінімально допустима частка шламової пульпи, Q - витрата рідини через гідрозатвор, м3/с, p - число Пі, 3,14; j - коефіцієнт витрати насадка, g - прискорення вільного падіння, 9,81м/с2; Н - відстань від осі зливного патрубка до верхнього торця насадка, м, hн - довжина насадка, м, w - площа поперечного перерізу насадка, м2, причому максимально допустимий діаметр та площа поперечного перерізу насадка визначаються виходячи з дотримання умов по максимально допустимому часу заповнення гідрозатвора, який визначається за рівнянням: ) é Q - jщ 2gh н ù Q ú, ´ ê hн - H + hн + ´ ln jщ 2g ê jщ 2g Q - jщ 2g(H + h н ) ú ë û 2F де Т - максимально допустимий час заповнення гідрозатвора, який необхідний для забезпечення нормальної роботи системи мокрого газоочищення, с, F - площа поперечного перерізу гідрозатвора, м2. Крім того, в окремих випадках виготовлення гідрозатвора, що заявляється, скребки можуть бути встановлені на валу обертання скребкового пристрою так, що їхня поверхня, яка звернена до конічного днища, буде утворювати з валом обертання кут, який відповідає куту нахилу конічного днища. Виконання днища корпусу гідрозатвора конічним, орієнтація конуса днища вершиною вниз, встановлення у випускному отворі конічного днища гідравлічного насадка для відведення шламової пульпи, який взятий у кожух, встановлення повітроводу, нижня частина якого сполучена з верхньою частиною зовнішнього кожуха насадка, а верхня розташована вище зливного патрубка, дозволяє запобігти заляганню та ущільненню великих фракцій шламу на днищі корпусу гідрозатвора, підвищити ефективність відведення шламової пульпи з гідрозатвора та усунути ефект ежекції шламової пульпи з корпусу, що, в свою чергу, дозволяє забезпечити тривалу роботу гідрозатвора без зупинок, а отже, підвищити надійність, довговічність та ефективність його роботи. Виконання днища корпусу гідрозатвора конічним, орієнтація конуса днища вершиною вниз конструктивно просто забезпечує спонтанне переміщення твердих частинок, що перебувають у шламовій рідині, до випускного отвору і насадка для відведення шламової пульпи та їхнє видалення з корпусу у вигляді шламової пульпи, що, в свою чергу, запобігає заляганню великих фракцій та їхньому ущільненню на днище, а також підвищує ефективність відведення шламової пульпи з гідрозатвора, підвищує надійність та довговічність його роботи. Встановлення скребків на валу обертання скребкового пристрою так, що їхня поверхня, яка звернена до конічного днища, утворює з валом обертання кут, який співпадає з кутом нахилу конічного днища, забезпечує під час обертання вала з 5 43286 такими скребками рівномірне та постійне видалення частинок шламу, що осіли, з поверхні конічного днища, а це, в свою чергу, запобігає заляганню шламу на конічній поверхні, закупорюванню випускного отвору та гідравлічного насадка великими частинками шламу, а отже, підвищує ефективність відведення шламової пульпи з гідрозатвора, а також підвищує надійність і довговічність роботи гідрозатвора. Обладнання конічного днища гідравлічним насадком, який встановлений у вершині зверненого вниз конуса днища, сполучений з випускним отвором днища та встановлений коаксиально осі корпусу, оснащення насадка зовнішнім кожухом, який встановлений з утворенням внутрішнього кільцевого каналу коаксиально насадку та верхня частина якого сполучена з конічним днищем, а нижня з'єднана з трубопроводом відведення шламової пульпи, а також обладнання кожуха насадка повітроводом, нижня частина якого сполучена з верхньою частиною зовнішнього кожуха насадка, а верхня розташована вище зливного патрубка, дозволяє конструктивно просто організувати між насадком та його кожухом кільцеву порожнину, заповнити її повітрям та в процесі експлуатації гідрозатвора забезпечити постійне надходження до неї повітря замість того, яке засмоктується потоком шламової пульпи, та забезпечити підтримку в цій порожнині атмосферного тиску. Таке конструктивне виконання забезпечує постійне знаходження нижньої частини насадка в зоні атмосферного тиску, що при повному заповненні трубопроводу відведення шламової пульпи дозволяє забезпечувати відведення шламової пульпи без використання ефекту різниці напорів на відмітці зливного патрубка (верхня точка для відведення шламової рідини з корпусу) та відмітці нижнього кінця зливного патрубка для відведення шламової рідини, з якого відбувається вільний вихід шламової рідини до шламоприймача, що, в свою чергу, дозволяє визначити оптимальний еквівалентний діаметр насадка, виходячи тільки з відстані від зливного патрубка до верхнього торця насадка (бо в кільцевому каналі між насадком і його кожухом завдяки повітроводу підтримується атмосферний тиск), та підтримувати в насадці розраховані параметри. Крім того, зазначені конструктивні особливості дозволяють усунути ефект ежекції (засмоктування) шламової пульпи з корпусу, який виникає за рахунок руху потоку шламової рідини в зливному патрубку на ділянці примикання трубопроводу відведення шламової пульпи до нижньої частини зливного патрубка. Конструкція, що заявляється, дозволяє запобігти ущільненню великих фракцій шламу на днищі та забезпечити оптимальні умови відведення шламової пульпи, а також підвищити ефективність її відведення, що, в свою чергу, підвищує надійність і довговічність роботи гідрозатвора. T= ( 6 Сполучення верхньої частини зовнішнього кожуха насадка з конічним днищем, а нижньої з трбопроводом відведення шламової пульпи, наприклад, за допомогою фланцевого з'єднання, та, крім того, обладнання зовнішнього кожуха повітроводом, верхня частина якого розташована вище зливного патрубка гідрозатвора, дозволяє спростити процес збирання, розбирання, обслуговування та прочищення елементів гідрозатвора у випадку їхнього засмічення, а також запобігає аварійному витіканню шламової пульпи, що могло б мати місце у випадку відведення шламової пульпи через насадок з розривом струмини, наприклад, у розташовану під насадком лійку. Обладнання гідрозатвора насадками різної конструкції та форми при дотриманні умов по еквівалентному діаметру, який може бути визначений нерівністю d1≤hн≤d2, та по максимальному часу Т заповнення гідрозатвора забезпечує підвищення надійності роботи гідрозатвора, запобігає заляганню і ущільненню великих фракцій шламу на днищі його корпусу, засміченню насадка великими частинками шламу, а також забезпечує оптимальні параметри початкового заповнення гідрозатвора та сталість і ефективність витрати шламової пульпи, яка відводиться. Згідно з загальною теорією проектування гідрозатворів шламова пульпа з них повинна відводитися з деякою витратою Qн, яка становить певну частку a (як правило, не менше ніж 5-10%) від загальної витрати шламової рідини Q. Звідси залежність d1 від мінімально допустимої частки шламової пульпи (a), яка може бути відведена через насадок, а також від загальної витрати рідини через гідрозатвор (Q), коефіцієнта витрати насадка (j), відстані від зливного патрубка до верхнього торця насадка (Н) і довжини самого насадка (hн) може бути представлена у вигляді формули: d1 = 4aQ /( pj 2g(H + hн ) . Крім того, за певний проміжок часу dt у гідрозатвор надходить рідина з витратою Qdt, а відводиться через насадок з витратою Qнdt=aQdt, при цьому різниця цих об'ємів піде на збільшення об'єму рідини в гідрозатворі. Звідси, на підставі експериментальних досліджень, встановлено, що d2 повинен бути підібраний, виходячи з необхідності дотримання умов по максимально необхідному часу (Т) заповнення гідрозатвора. При цьому залежність часу (Т) від площі поперечного перерізу гідрозатвора (F), коефіцієнта витрати насадка (j), мінімально допустимої частки шламової пульпи (a), яка відводиться через насадок, площі поперечного перерізу насадка (w), відстані від зливного патрубка до верхнього торця насадка (Н) і довжини насадка (hн), а також загальної витрати рідини через гідрозатвор (Q) може бути представлена у вигляді формули: ) é Q - jщ 2gh н ù Q ú, ´ ê hн - H + hн + ´ ln jщ 2g ê jщ 2g Q - jщ 2g(H + h н ) ú ë û 2F 7 Таким чином, необхідна для визначення d2 площа поперечного перерізу насадка (w), при якому дотримуються умови по максимально необхідному часу (Т) заповнення гідрозатвора, може бути отримана в результаті рішення цього рівняння при заданому часі Т, який встановлюється в залежності від конкретних технологічних умов роботи гідрозатвора та системи мокрого газоочищення в цілому. А сама залежність d2 від площі поперечного перерізу насадка (w) може бути представлена у вигляді формули: d2 = 4w / p Застосування насадка з еквівалентним діаметром меншим, ніж d1 призведе до зниження витрати шламової пульпи, яка відводиться, наступному заляганню і ущільненню великих фракцій шламу на днищі корпусу гідрозатвора внаслідок зниження пропускної здатності насадка, а також переповненню гідрозатвора великими частинками, що, в свою чергу, призведе до перевантаження скребкового пристрою, до частих виходів його з ладу, тобто до зниження надійності роботи гідрозатвора. Застосування насадки з еквівалентним діаметром більшим, ніж d2, призведе до збільшення частки шламової пульпи, яка відводиться через насадок, та не дозволить забезпечити дотримання умов по максимально необхідному часу (Т) заповнення гідрозатвора, що, в свою чергу, призведе до порушення роботи і гідрозатвора, і системи мокрого газоочищення в цілому. З огляду на викладене вище та з урахуванням розкритого причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю ознак гідрозатвора, що заявляється, і технічним результатом, який досягається, можна стверджувати, що задача, поставлена в основу створення нового гідрозатвора, вирішена повністю, бо використання гідрозатвора дозволяє забезпечити досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні надійності і довговічності роботи гідрозатвора, у запобіганні заляганню та ущільненню великих фракцій шламу на днищі його корпусу, а також у підвищенні ефективності відведення шламової пульпи, що, в свою чергу, дозволяє забезпечити безперервність і стабільність процесу роботи системи мокрого газоочищення в цілому. Суть об'єкта, що заявляється, пояснюється графічним матеріалом, на якому представлений загальний вид гідрозатвора, що заявляється. В конкретному прикладі виготовлення гідрозатвор містить циліндричний корпус 1 з конічним днищем 2, патрубком 3 для підведення шламової рідини та зливним патрубком 4 для відведення шламової рідини. Конус днища 2 спрямований вершиною вниз, а у вершині днища 2 виконаний випускний отвір для відведення шламової пульпи. Патрубок 3 розміщений збоку корпусу 1, встановлений у його нижній частині під нахилом до циліндричної стінки корпусу 1 та забезпечує підведення 43286 8 шламової рідини в корпус 1 низхідним потоком. Зливний патрубок 4 розміщений збоку корпусу 1, закріплений в його верхній частині та забезпечує відведення шламової рідини з корпусу 1 до шламоприймача низхідним потоком, при цьому місце з'єднання зливного патрубка 4 з корпусом 1 (точка відведення шламової рідини з корпусу 1) розташоване вище місця з'єднання патрубка 3 з корпусом 1 (точка підведення шламової рідини в корпус 1). Всередині корпусу 1 встановлений скребковий пристрій, який складається з привода (на кресленні не показаний) і вала обертання 5, наприклад, з чотирма скребками 6, виконаними у вигляді пластин, що мають форму рівнобедрених трикутників, кут біля основи яких відповідає куту нахилу конічного днища, і які сполучені своїми основами з валом обертання 5. При цьому нижнє ребро скребків перебуває на деякій відстані від стінки днища 2. Для відведення шламової пульпи у випускному отворі конічного днища 2 по осі корпусу 1 встановлений гідравлічний насадок 7, виконаний, наприклад, у вигляді короткого патрубка циліндричної форми. При цьому насадок 7 взятий у зовнішній циліндричний кожух 8, який виконаний, наприклад, у вигляді патрубка, встановленого коаксиально насадку 7 з утворенням внутрішнього кільцевого каналу, створеного насадком 7 з меншим зовнішнім діаметром і кожухом 8 з більшим внутрішнім діаметром, та верхня частина якого сполучена з конічним днищем 2, а нижня з'єднана за допомогою фланцевого з'єднання з верхньою частиною трубопроводу 9 відведення шламової пульпи, при цьому нижня частина трубопроводу 9 примикає до нижньої частини зливного патрубка 4. Кожух 8 насадка 7 обладнаний повітроводом 10, нижня частина якого врізана у верхню частину кожуха 8, а верхня виведена вище зливного патрубка 4. Еквівалентний діаметр (dн) гідравлічного насадка 7 для відведення шламової пульпи з корпусу 1 гідрозатвора підбирається виходячи з умов d1≤hн≤d2 (де d1= 4aQ /( pj 2g(H + hн ) , а d2 = 4w / p та дотримання вимог по максимально необхідному часу (Т) заповнення гідрозатвора, В конкретному прикладі виготовлення були обрані насадок циліндричної форми і такі параметри для розрахунку його діаметра: a=0,1, Q=0,05м3/с, Н=1,25м, hн=0,15м, w=pd2/4, j=0,82. Звідси мінімально допустимий діаметр насадка d1 складе: d1 = 4 × 0,01 × 0,05 p × 0,082 × 2g(1,25 + 0,15) » 0,0385м . При цьому d2 та w визначаються виходячи з конкретних технологічних вимог зі встановлення максимально допустимого часу (Т) заповнення гідрозатвора (Т=60 з, F=0,8м2): 9 43286 T = 60 = ( 2 × 0,8 0,82 × щ 2g 10 ´ ) ù é 0,05 - 0,82щ 2g × 0,15 0,05 ú , ´ ê 0,15 - 1 25 + 0,15 + × ln ê 0,05 - 0,82щ 2g × (1 25 + 0,15 ) ú , 0,82 × щ 2g û ë Згідно з проведеними розрахунками, рівняння перетворюється в рівність при w=0,0097 (м2), звідси максимально допустимий діаметр (d2) насадка буде дорівнювати: d2 = 4 × 0,0097 » 0,111м . p Q=j . Таким чином, виходячи з нерівності, що заявляється, 0,0385≤hн≤0,111 визначається діаметр, який найбільш підходить, наприклад, 0,04м, при цьому площа поперечного перерізу насадка складе 0,00125м2, а витрата Qн шламової пульпи, яка може бути відведена через насадок, складе: pd p × 0,04 2 2g(H + h н ) = 0,82 × × 2g(1 25 + 0,15 ) = 0,0054 м 3 с . , 4 4 В конкретному прикладі виготовлення гідрозатвор, що заявляється, працює в такий спосіб. Для запобігання підсмоктуванню повітря в систему мокрого газоочищення здійснюється початкове заповнення гідрозатвора шляхом подачі низхідним потоком у корпус 1 по патрубку 3 рідини з витратою 0,05м3/с. Одночасно з початком надходження вихідної рідини відбувається і її витікання з корпусу 1 низхідним потоком через конічне днище 2, насадок 7, кожух 8, трубопровід 9 та нижню частину зливного патрубка 4 до шламоприймача. Завдяки встановленню насадка 7, внутрішній діаметр якого становить 0,04м, здійснюється процес початкового заповнення гідрозатвора, тобто вихідна рідина відводиться з гідрозатвора з витратою 0,0054м3/з, яка становить меншу частку від загальної витрати (0,05м3/с). При цьому забезпечується дотримання умови початкового заповнення корпусу 1 за час (котрий не повинний перевищувати 60с), після закінчення якого рівень води піднімається до відмітким розташування зливного патрубка 4 та починається відведення рідини через нього. Після закінчення процесу початкового заповнення корпусу 1 гідрозатвора система мокрого газоочищення (на кресленні не показана) переводиться в робочий режим, і по патрубку 3 у корпус 1 починає надходити шламова рідина з витратою 0,05м3/с. У корпусі 1 великі частинки, що знаходяться в шламовій рідині, осідають на коніч ному днищі 2, скребками 6 відокремлюються порціями (шарами) від його стінок, направляються до випускного отвору днища 2 та у вигляді шламової пульпи надходять у насадок 7, а шламова рідина відводиться по зливному патрубку 4 до шламоприймача. З насадка 7 шламова пульпа опускається в кожух 8 насадка 7, далі по трубопроводу 9 підводиться з постійною витратою 0,0054м3/с до нижньої частини зливного патрубка 4 і разом з потоком шламової рідини з відкритого кінця зливного патрубка 4 зливається в шламоприймач. Під час відведення шламової пульпи в кільцевому каналі між насадком 7 і кожухом 8 завдяки повітроводу 10 постійно перебуває повітря і підтримується атмосферний тиск, при цьому за рахунок постійного підсмоктування атмосферного повітря по повітроводу 10 запобігається ежекція шламової пульпи з корпусу 1, тобто відбувається засмоктування повітря з атмосфери по повітроводу 10, а не шламової пульпи з корпусу 1, що дозволяє забезпечити належні умови для відведення шламової пульпи без засмічення насадка 7 (рівномірність, швидкість). При цьому у випадку аварійного засмічення трубопроводу 9 шламова пульпа почне надходити у повітровод 10, що забезпечує можливість аварійної зупинки гідрозатвора без випускання шламової пульпи назовні. Крім того, повітровод 10 може бути використаний для прочищення кожуха 8 і трубопроводу 9. 11 Комп’ютерна верстка О. Рябко 43286 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601