ЦИКЛОН Российский патент 2002 года по МПК B04C5/20 

Изобретение относится к очистке газов от пыли в поле центробежных сил и может быть использовано в химической, нефтехимической, металлургической, топливно-энергетической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах при очистке и утилизации тепла дымовых газов и горячего воздуха.

Известна конструкция мокрого пылеуловителя, содержащего направляющую трубу с закручивающими лопастями, коагулятор, снабженный пакетом пластин с турбулизующими стержнями, кольцевой завихритель, вытяжной газоход, резервуар для жидкости и устройство для подачи пара (авт. св. СССР 1590111, B 01 D 47/00, 47/02, 1990, бюл. 33).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции и невозможность высокой степени очистки дымовых газов и горячего воздуха от тонких частиц пыли.

Известно устройство для очистки газа, содержащее корпус, теплообменник и парообразователь, жестко закрепленный на трубе отходящих газов и снабженные электронагревательными элементами, электрическую обмотку, закрепленную на наружной части корпуса и установленную с возможностью вращения относительно трубы отходящих газов (патент РФ 2046638, B 01 D 47/00, 35/06, 1995, бюл. 30).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции и недостаточная степень очистки газов и горячего воздуха от тонких частиц пыли.

Известен циклон, содержащий цилиндроконический корпус с тангенциальным входным патрубком, осевую выхлопную трубу с установленными концентрично с ней двумя цилиндрическими обечайками с тангенциальными патрубками для ввода чистого газа, пара или жидкости и грубого аэрозоля, и трубопровод, соединяющий патрубок для отвода частиц с патрубком для ввода грубого аэрозоля ( авт. св. СССР 1368044, В 04 С 5/30, 1988, бюл. 3).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная степень очистки дымовых газов или горячего воздуха из-за высокой вязкости от тонких частиц дисперсной фазы.

Известен циклон, содержащий цилиндроконический корпус с входным патрубком, осевую выхлопную трубу, теплообменник с патрубками подачи и отвода жидкого хладагента, выполненный в виде рубашки ( авт. св. СССР 257845, В 04 С 3/02, 1971).

Недостатком циклона является невысокая степень очистки дымовых газов и горячего воздуха.

Задачей предлагаемого технического решения является создание новой конструкции циклона, обеспечивающей увеличение скорости центробежного осаждения частиц тонкой дисперсной фазы за счет снижения вязкости дымовых газов или горячего воздуха при уменьшении их температуры, а также увеличения массы частиц за счет конденсации на них пара.

Техническим результатом является повышение степени улавливания частиц тонкой дисперсной фазы из дымовых газов или горячего воздуха.

Поставленный технический результат достигается в циклоне, содержащем цилиндроконический корпус с тангенциальным входным патрубком, осевую выхлопную трубу, теплообменник с патрубками подачи и отвода жидкого хладагента, выполненный в виде рубашки, при этом осевая выхлопная труба снабжена винтообразной трубкой с патрубком для ввода жидкости, по всей длине которой равномерно установлены вертикальные патрубки для подачи пара внутрь корпуса, а на нижнем конце трубки установлена заглушка.

Снабжение циклона теплообменником в виде рубашки с патрубками для подачи и отвода жидкого хладагента позволяет уменьшить температуру выхлопных газов или горячего воздуха в корпусе за счет передачи тепла через стенку корпуса к жидкому хладагенту, что приводит к уменьшению их вязкости и увеличению скорости центробежного осаждения частиц дисперсной фазы.

Снабжение осевой выхлопной трубы винтообразной трубкой с равномерно установленными вертикальными патрубками позволяет жидкость подавать по патрубку ввода жидкости в винтообразную трубку, которая нагревается от дымовых газов или горячего воздуха, движущихся в циклоне, и кипит с образованием пара. Пар, выходя через вертикальные патрубки, попадает внутрь корпуса и смешивается с дымовыми газами или горячим воздухом. Дымовые газы или горячий воздух, имеющие повышенное влагосодержание, опускаются в нижнюю часть корпуса и охлаждаются по вышеописанному механизму до температуры, которая ниже точки росы. Поэтому капельки жидкости конденсируются на тонких частицах дисперсной фазы и утяжеляют их, что способствует увеличению скорости центробежного осаждения и возрастанию степени очистки дымовых газов и горячего воздуха. Установка заглушки на нижнем конце винтообразной трубки препятствует вытеканию из нее жидкости в корпус циклона.

На чертеже показан общий вид предлагаемой конструкции циклона.

Циклон содержит цилиндроконический корпус 1 с тангенциальным входным патрубком 2, осевую выхлопную трубу 3, патрубок для ввода жидкости 4, теплообменник 5, выполненный в виде рубашки на внешней поверхности цилиндроконического корпуса 1, с патрубками подачи 6 и отвода 7 жидкого хладагента. На осевой выхлопной трубе 3 закреплена винтообразная трубка 8, имеющая на нижнем конце заглушку 9 и снабженная равномерно установленными по ее длине вертикальными патрубками 10 для подачи пара внутрь корпуса 1. Для выгрузки шлама в нижней части корпуса 1 установлен патрубок 11.

Циклон работает следующим образом.

Дымовые газы или горячий воздух подают по тангенциальному входному патрубку 2 в верхнюю часть цилиндроконического корпуса 1. Одновременно с ними по патрубку 4 в винтообразную трубку 8 и по патрубку 6 в рубашку теплообменника 5 подают жидкость и жидкий хладагент, обычно воду. Жидкий хладагент в рубашке теплообменника 5, двигаясь снизу вверх к патрубку отвода 7, нагревается, охлаждая дымовые газы или горячий воздух, движущиеся внутри корпуса 1.

Объем жидкости (воды), подаваемой по патрубку 4 в винтообразную трубку 8, значительно меньше объема жидкого хладагента, подаваемого в рубашку 5 теплообменника. Стенки винтообразной трубки 8 за счет контакта с дымовыми газами или горячим воздухом разогреваются до температуры, большей температуры кипения жидкости, а образующийся пар выходит через вертикальные патрубки 10 и смешивается с потоком дымовых газов или горячего воздуха. Из дымовых газов или горячего воздуха, охлажденных в конической нижней части корпуса 1 до температуры, меньшей температуры точки росы, выделяются капельки жидкости, которые конденсируются на тонких частицах дисперсной фазы, увлажняя и утяжеляя их, и способствуют тем самым увеличению скорости центробежного осаждения и степени их улавливания.

Заглушка 9 препятствует вытеканию части жидкости в корпус 1, которая не успевает превращаться в пар в винтообразной трубке 8, что предотвращает перерасход жидкости и чрезмерное увлажнение ею шлама, накапливающегося над патрубком 11. Очищенный дымовой газ или горячий воздух выходит вверх по осевой выхлопной трубе 3, а уловленные частицы накапливаются в виде шлама в нижней части цилиндроконического корпуса 1.

Предлагаемая конструкция циклона позволяет при незначительном увлажнении шлама увеличить степень улавливания частиц из дымовых газов или горячего воздуха, особенно тонких фракций за счет охлаждения дымовых газов или горячего воздуха и снижения их вязкости, а также за счет смачивания частиц конденсатом паров, образующихся при уменьшении температуры дымовых газов, ниже температуры точки росы. Кроме того, она позволяет утилизировать тепло дымовых газов, получая дополнительно горячую воду или другую жидкость, которые могут быть использованы в системе горячего водоснабжения, в коммунальных службах или в технологических процессах различных производств.

Так, при уменьшении температуры дымовых газов или горячего воздуха с 350 до 90^oС их вязкость снижается с 3,07•10^-5 до 2,19•10^-5 Пас, то есть в 1,4 раза и соответственно возрастает скорость центробежного охлаждения частиц всех размеров. При конденсации паров воды на мелких частицах золы дисперсной фазы их эффективная плотность увеличивается с 1270 до 1920 кг/м³, степень очистки возрастает с 81 до 94,5% (для частиц золы с полидисперсным составом от 3 до 25 мкм).

Кроме того, при рекуперации тепла 7200 нм³/ч газов жидким хладагентом (водой) можно будет получать 4127 кг/ч горячей воды, нагреваемой от 20 до 80^oС.

Таким образом, предлагаемая конструкция циклона позволяет увеличить степень улавливания тонких частиц на 10-13% за счет уменьшения температуры дымовых газов или горячего воздуха, снижения их вязкости и возрастания скорости центробежного осаждения, а также за счет увеличения массы частиц при конденсации на них пара и получать дополнительно горячую воду за счет рекуперации тепла дымовых газов или горячего воздуха.

Изобретение предназначено для очистки газов от пыли в поле центробежных сил и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, топливно-энергетической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах при очистке и утилизации тепла дымовых газов и горячего воздуха. Циклон содержит цилиндроконический корпус с тангенциальным входным патрубком, осевую выхлопную трубу, патрубок для ввода жидкости, теплообменник с патрубками подачи и отвода жидкого хладагента, выполненный в виде рубашки, осевая выхлопная труба снабжена винтообразной трубкой, по всей длине которой равномерно установлены вертикальные патрубки для подачи пара внутрь корпуса, а на нижнем конце установлена заглушка. Техническим результатом является повышение степени улавливания частиц тонкой диперсной фазы за счет увеличения скорости их центробежного осаждения при снижении температуры и вязкости и увеличения веса частиц при конденсации на них пара. 1 ил.

Циклон, содержащий цилиндроконический корпус с входным патрубком, осевую выхлопную трубу, теплообменник с патрубками подачи и отвода жидкого хладагента, выполненный в виде рубашки, отличающийся тем, что осевая выхлопная труба снабжена винтообразной трубкой с патрубком для ввода жидкости, по всей длине которой равномерно установлены вертикальные патрубки для подачи пара внутрь корпуса, а на нижнем конце трубки установлена заглушка, при этом входной патрубок выполнен тангенциальным.