ЗЕРНИСТЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 1998 года по МПК B01D46/30 

Изобретение относится к очистке от пыли и утилизации теплоты загрязненных газов. Оно может быть использовано при производстве строительных материалов и изделий, в машиностроении, а также в ряде других отраслей.

Известен зернистый теплоутилизатор, содержащий корпус, стабилизирующую направляющую потока, разбрызгивающее жидкость устройство, газораспределительную решетку, над которой размещен зернистый материал и погруженные в него теплообменные элементы. Сотникова О.А. Тепловые и гидродинамические процессы в контактно-поверхностных аппаратах Автореферат диссерт. на соискание уч. степ.к.т.н. Воронеж, ВПИ, 1993, с. 14.

Для лучшего протекания процесса теплообмена данный аппарат должен быть заполнен мелкими зернами. Однако при этом значительно возрастает его сопротивление. Использование крупнозернистого материала приводит к существенному снижению потерь давления, которое сопровождается падением эффективности теплообмена в результате резкого уменьшения площади поверхности зерен. Кроме того, погруженные элементы обеспечивают интенсивную передачу тепла от газа к теплоносителю лишь только в толще зернистого материала. Значительное удаление зерен, лежащих на поверхности слоя не позволяет полностью использовать полученный ими температурный потенциал от загрязненных газов. Применение этого теплоутилизатора для пылеулавливания невозможно, так как значительная глубина насадки из-за размещения в ней лишь только погруженных теплообменных элементов и осевшие на поверхности зерен пылевые частицы создают значительное аэродинамическое сопротивление, затраты на преодоление которого становятся чрезмерно высокими и не оправдывают данную схему фильтрации.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является зернистый фильтр для очистки газа, содержащий корпус с камерами загрязненного и очищенного газа, жалюзийные решетки, между которыми размещен зернистый материал, бункер с входным окном и решетку из эластичных консольных пластин. Жалюзийные решетки установлены между камерами загрязненного и очищенного газа под углом, превышающим угол естественного откоса зернистого материала. Жалюзийные элементы решетки со стороны камеры загрязненного газа выполнены в виде примыкающих к боковым ее стенкам пластин, нижние концы которых изготовлены из эластичного материала (SU 1562013 А1, 1990).

При поступлении в фильтр горячего загрязненного газа слой зерен нагревается и теряет свою остаточную влажность. В результате снижения влажности, способствующей более активному проявлению адгезионных и аутогезионных свойств пыли, происходит ухудшение процесса налипания частиц на материал насадки, а следовательно снижается эффективность очистки. При прохождении загрязненного газа через зернистый материал средней крупности значительная часть пыли не улавливается. После фильтрации мелкодисперсные частицы транспортируются дальше вместе с очищенным газом. Теоретически высокой степени очистки и улавливания почти всей пыли можно достичь используя мелкие зерна, однако в реальных условиях при этом будет значительным аэродинамическое сопротивление аппарата, что вызовет в свою очередь резкое увеличение эксплуатационных затрат. Постоянное перемещение зернистого материала под действием силы тяжести приводит к образованию слоевого течения, для которого характерна переменная величина скорости фильтрации. Указанный фактор существенно снижает эффективность очистки запыленных газов, а также приводит к тому, что часть его объема практически не насыщается улавливаемой пылью и удаляется из фильтра еще в рабочем состоянии. Это вызывает увеличение расхода зернистого материала. Следует отметить, что в аппарат необходимо постоянно подавать зернистый материал, а затем после его нагревания газами, часто имеющими значительный температурный потенциал, и насыщения пылью транспортировать из фильтра на регенерацию. При этом зернистый материал отдает окружающей среде теплоту, полученную в процессе очистки, которую можно эффективно использовать для технологических нужд.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности утилизации теплоты загрязненного газа и повышение степени его очистки.

Эта задача решается тем, что в зернистом фильтре, содержащем корпус с установленными в нем под углом, превышающим угол естественного откоса зернистого материала, основными жалюзийными решетками, образующими между собой полость, заполненную зернистым материалом, а с корпусом - камеры загрязненного и очищенного газа с входным и выходным патрубками, бункер с загрузочным окном, а также решетку из эластичных консольных пластин, отличиями является то, что он снабжен коллекторами, размещенными в камерах загрязненного и очищенного газа и дополнительной, расположенной в слое зернистого материала жалюзийной решеткой, выполненной, как и основные, с пустотелыми жалюзи, образующими каналы, сообщенные между собой посредством погруженных в зернистый материал трубок с отбойными ребрами, при этом каналы основных жалюзийных решеток сообщены также с соответствующими коллекторами, а решетка из эластичных консольных пластин, соединенная с дополнительной жалюзийной решеткой, установлена в бункере под загрузочным окном параллельно жалюзийным решеткам. Зернистый фильтр отличается тем, что установленный в камере загрязненного газа коллектор выполнен в виде плоских каналов с размещенными между ними направляющими пластинами. Фильтр отличается тем, что отбойные ребра погруженных в зернистый материал трубок выполнены волнообразной формы.

Предлагаемая конструкция зернистого фильтра позволяет достичь высокой степени очистки загрязненного газа за счет охлаждения зернистого материала и поддержания в нем влажности, возникающей при выпадении конденсата по его глубине, а также за счет создания слоевой структуры насадки с уменьшением диаметра зерен по слоям в направлении движения пылегазового потока и неподвижного режима ее работы с периодической загрузкой, обеспечивающего условия для поддержания постоянной скорости фильтрации. Фильтр наряду с очисткой осуществляет и утилизацию теплоты загрязненного газа. Использование жалюзийных решеток в качестве поверхности теплообмена вместе с погруженными в слой трубами, соединяющими полости жалюзи, делает возможным отбор теплоты загрязненного газа и получение высокой температуры теплоносителя в системе утилизации на выходе из фильтра. При неподвижном режиме работы зернистого материала после его сортировки на слой с крупными зернами и более мелкими повышение эффективности пылеулавливания сопровождается незначительным ростом аэродинамического сопротивления. В этих условиях обеспечивается полное насыщение пылью всего зернистого материала, а следовательно, и минимальное потребление последнего. В результате снижения расхода зернистого материала, а также кратковременности его поступления в фильтр сокращается потребление электроэнергии на транспортировку материала.

На фиг. 1 изображен зернистый фильтр, общий вид в разрезе; на фиг. 2 - разрез 1-1 на фиг. 1; на фиг. 3 - элементы теплообменной поверхности зернистого фильтра; на фиг. 4 - фрагмент коллектора камеры загрязненного газа.

Фильтр состоит из корпуса 1, камер загрязненного газа 2 с входным патрубком 3 и очищенного газа 4 с выходным патрубком 5. В камере загрязненного газа закреплена основная жалюзийная решета 6, в камере очищенного газа 4 - основная жалюзийная решетка 7. Дополнительная жалюзийная решетка 8 расположена в слое зернистого материала 9. Решетки 6, 7, 8 установлены в корпусе с углом наклона, превышающим угол естественного откоса для данного материала, и с образованием между собой полостей, заполненных зернистым материалом 9. Корпус имеет разгрузитель 10 для удаления осевших частиц, бункер 11 с загрузочным окном 12 для зернистого материала, откидные крышки 13 и направляющую 14 для удаления его после насыщения пылью.

Бункер 11 для зернистого материала 9 состоит из двух отделений 15 нижнего А и верхнего Б, образованных установленной в нем решеткой 16, выполненной из эластичных консольных пластин 17 и размещенной под загрузочным окном 12 параллельно жалюзийным решеткам 6, 7, 8. Полости отделений 15 бункера 11 сообщаются с полостями фильтра, заключенными между основной жалюзийной решеткой 6 камеры загрязненного газа и дополнительной решеткой 8, а также дополнительной решеткой 8 и решеткой 7 камеры очищенного газа. Бункер в своей верхней части снабжен заслонкой 18.

Жалюзи решеток 6, 7, 8 выполнены пустотелыми с образованием каналов 19 для прохода теплоносителя. Жалюзийные решетки 6, 7 соединены с дополнительной 8 посредством трубок 20, погруженных в слой зернистого материала 9. Трубки снабжены отбойными ребрами 21 волнообразной формы.

В камерах загрязненного 2 и очищенного газа 4 расположены коллекторы для подвода 22 и отвода теплоносителя 23. Коллектор 22 для подвода теплоносителя состоит из двух труб, размещенных по концам боковых сторон жалюзийной решетки 7 камеры очищенного газа. Полости труб сообщаются с полостями каждой жалюзи решетки 7.

Коллектор 23 установлен в камере загрязненного газа 2 и выполнен в виде плоских каналов 24, объединенных патрубком 25 для выхода теплоносителя из фильтра. На коллекторе 23 закреплена основная жалюзийная решетка 6 камеры загрязненного газа 2. Полости ее жалюзи соединены с каналами 24 коллектора 23, расположенного в камере загрязненного газа 2. Направляющие пластины 26 коллектора 23 размещены между его каналами 24, имеющими в нижней части своей вертикальное ребро 27.

Фильтр работает следующим образом.

Перед началом процесса очистки загрязненного газа необходимо заполнить пространство, образованное жалюзийными решетками 6, 7, 8, зернистым материалом 9. Периодическая замена отработанного зернистого материала осуществляется после его выгрузки при открытых откидных крышках 13 по направляющей 14. При закрытых откидных крышках 13 и открытой заслонке 18 в бункер 11 начинают поступать зерна различной величины. Они попадают на решетку 16, эластичность консольных пластин 17 которой позволяет производить сепарацию материала. Крупные зерна, оказывая значительное давление на пластины 17, заставляют их отклоняться от исходного положения, тем самым освобождая пространство для проскока в нижнее отделение А бункера 11. При этом происходит заполнение более крупными зернами первого по ходу газа слоя между жалюзийными решетками 6 и 8. При поступлении зернистого материала в пространство между жалюзийными решетками отбойные ребра 21 защищают трубки 20 от ударов. Более мелкие зерна, не оказывая воздействия на эластичные консольные пластины 17, проходят в верхнее отделение Б и заполняют второй слой. При этом в первом слое будет происходить фильтрация от крупной пыли, а во втором - от мелкодисперсной. Это значительно повышает эффективность очистки газа.

Через патрубок 3 загрязненный газ поступает в камеру загрязненного газа 2 и, проходя через направляющие пластины 26 коллектора 23, омывает плоские каналы 24, нагревая промежуточный теплоноситель. Направляющие пластины 26 и вертикальные ребра 27 обеспечивают равномерное распределение очищаемого потока в камере загрязненного газа 2, а следовательно, одинаковую нагрузку по площади сечения на зернистый материал и полное насыщение всего слоя пылью за время работы устройства. Проходя через пространство, заключенное между жалюзийными решетками 6, 7, 8 и заполненное зернами, загрязненный газ наряду с фильтрацией отдает свою теплоту теплоносителю, поступающему через коллектор 23 в каналы 19 обозначенных решеток и трубы 20. Дополнительная решетка 8 позволяет создать два фильтрующих слоя. Заполнение первого по ходу газа пространства, заключенного между жалюзийными решетками 6 и 8, более крупными зернами, а второй полости, образованной решетками 8 и 7, мелкими создает условия для лучшего протекания процесса очистки. Крупнодисперсная пыль задерживается в первом слое, а остальные частицы - в другом слое. В этом случае повышается не только эффективность очистки, но и происходит значительно замедленный рост аэродинамического сопротивления фильтра, что позволяет в конечном итоге реже производить замену зернистого материала. В процессе утилизации теплоты эффективно используются теплоаккумулирующие свойства материала насадки. Повышение теплосъема со слоя зерен обеспечивается размещением в нем труб 20 с отбойными ребрами 21 волнообразной формы, увеличивающей их протяженность в толще насадки.

Охлаждение очищаемого газа часто сопровождается конденсацией водяных паров, содержащихся в нем. Образовавшийся в слое конденсат под действием силы тяжести перемещается к жалюзийной решетке 6 камеры загрязненного газа 2 и с ее поверхности стекает на плоские каналы 24 коллектора 23, которые способствуют быстрому отсосу жидкости за счет капиллярных сил с выше обозначенной поверхности. Конденсат стекает с плоских каналов 24, а затем с ребер 27, увеличивающих поверхность теплообмена и способствующих своевременному отводу с нее конденсата.

Таким образом, конструкция фильтра позволяет повысить степень очистки загрязненных газов при снижении эксплуатационных затрат за счет поддержания влажного состояния зернистого материала, способствующего более активному налипанию пыли, и создания двухслоевой насадки с крупными и мелкими зернами, обеспечивающей замедленный рост аэродинамического сопротивления и увеличение продолжительности неподвижного режима ее работы в аппарате. Повышение эффективности утилизации теплоты очищаемого газа достигается при использовании жалюзийных решеток в качестве поверхности теплообмена наряду с погруженными в слой трубами, соединяющими полости жалюзей. Это делает возможным получение высокой температуры теплоносителя на выходе из фильтра.

Использование: для очистки загрязненных газов от пыли, в частности от пыли предприятий строительных материалов. Конструкция устройства предусматривает также утилизацию теплоты очищаемых газов. Фильтр позволяет повысить степень очистки загрязненных газов при снижении эксплуатационных затрат за счет поддержания влажного состояния зернистого материала, способствующего более активному налипанию пыли, и создания двухслоевой насадки с крупными и мелкими зернами, обеспечивающей замедленный рост аэродинамического сопротивления и увеличение продолжительности неподвижного режима ее работы в аппарате. Повышение эффективности утилизации теплоты очищаемого газа достигается при использовании жалюзийных решеток в качестве поверхности теплообмена наряду с погруженными в слой трубами, соединяющими полости жалюзей. Это делает возможным получение высокой температуры теплоносителя на выходе из фильтра. 2 з. п. ф-лы. 4 ил.

1. Зернистый фильтр, содержащий корпус с установленными в нем под углом, превышающим угол естественного откоса зернистого материала, основными жалюзийными решетками, образующими между собой полость, заполненную зернистым материалом, а с корпусом - камеры загрязненного и очищенного газа с входным и выходным патрубками, бункер с загрузочным окном, а также решетку из эластичных консольных пластин, отличающийся тем, что он снабжен коллекторами, размещенными в камерах загрязненного и очищенного газа и дополнительной, расположенной в слое зернистого материала жалюзийной решеткой, выполненной, как и основные, с пустотелыми жалюзи, образующими каналы, сообщенные между собой посредством погруженных в зернистый материал трубок с отбойными ребрами, при этом каналы основных жалюзийных решеток сообщены также с соответствующими коллекторами, а решетка из эластичных консольных пластин, соединенная с дополнительной жалюзийной решеткой, установлена в бункере под загрузочным окном параллельно жалюзийным решеткам. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что установленный в камере загрязненного газа коллектор выполнен в виде плоских каналов с размещенными между ними направляющими пластинами. 3. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что отбойные ребра погруженных в зернистый материал трубок выполнены волнообразной формы.