ЦИКЛОН-СЕПАРАТОР Российский патент 2004 года по МПК B04C5/08 B04C5/10 

Изобретение относится к технике, предназначенной для сухой очистки газов от пыли, и может быть использовано в химической, пищевой, строительной, фармацевтической, металлургической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки дымовых газов и вентиляционных выбросов.

Известен циклон, включающий цилиндрический корпус с коническим днищем, тангенциально расположенным штуцером для ввода в аппарат запыленного газового потока и штуцером для удаления пыли, выхлопную трубу [Смирнов Н.Н., Курочкина М.И., Волжинский А.И. и др. Процессы и аппараты химической технологии (Основы инженерной химии): Учебник для вузов. - СПб: Химия, 1996, 408 с., ил., с. 132]. При тангенциальном вводе пылегазовой системы в циклон со значительной скоростью (20-25 м/с) прямолинейное движение газового потока преобразуется во вращательное. Поток запыленного газа движется в циклоне вниз по спирали. Частицы пыли, как более тяжелые, прижимаются к внутренней поверхности циклона центробежной силой и сползают вниз по коническому днищу к штуцеру для удаления пыли. Очищенный от пыли газ удаляется из циклона через выхлопную трубу.

Эффективность работы циклона зависит от скорости газа во входном штуцере, а также от диаметра цилиндрического корпуса аппарата и его высоты, определяющих время нахождения запыленного газа в циклоне.

Недостатком указанной конструкции циклона является то, что при соприкосновении твердой частицы со стенкой возможен ее отскок от стенки и возвращение в газовый поток, удаляемый в выхлопную трубу. Для увеличения производительности циклона можно увеличить скорость движения запыленного газа, однако при этом возрастает вероятность срыва твердых частиц с поверхности и увлечения их в газовый поток, что приводит к снижению степени и эффективности пылеулавливания. Увеличение скорости пылегазового потока приводит также к увеличению эрозионного износа стенок корпуса циклона и росту его гидравлического сопротивления.

Известен центробежный сепаратор (SU 1393486, кл. В 04 С 5/08, 5/14, 1988), в котором внутренняя камера имеет щелевые окна, расположенные в ее первой четверти. Запыленный поток поступает во внутреннюю камеру сепаратора, где под действием центробежных сил происходит центрирование частиц в пристенном слое вихря и вывод их через щелевые окна в корпус сепаратора.

Однако наличие щелевых окон только напротив входного патрубка не обеспечивает выделения всех твердых частиц и не исключает возможности вторичного уноса частиц в выхлопную трубу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является циклон (SU 425657, кл. В 04 С 5/14, 1974), включающий цилиндрический корпус с коническим днищем, тангенциально расположенным штуцером для ввода в аппарат запыленного газового потока и штуцером для удаления пыли, выхлопную трубу, при этом цилиндрический корпус от входного патрубка с коническим днищем помещены соосно в цилиндрический корпус с коническим днищем большего диаметра, образуя между ними зазор, а на цилиндрическом корпусе меньшего диаметра расположены продольные щели постоянной ширины.

Недостатком является то, что наличие продольных щелей постоянной ширины на цилиндрическом корпусе не исключает возможности попадания твердых частиц в коническую часть, не содержащую таких щелей, их отскок и возврат в газовый поток, удаляемый из циклона в выхлопную трубу, что приводит к снижению эффективности очистки.

Технической задачей изобретения является повышение степени и эффективности пылеулавливания за счет снижения уноса пыли в выхлопную трубу.

Техническая задача достигается тем, что в предлагаемом циклоне-сепараторе, содержащем цилиндрический корпус с коническим днищем, тангенциально расположенным штуцером для ввода в аппарат запыленного газового потока и штуцером для удаления пыли, выхлопную трубу, при этом цилиндрический корпус от входного патрубка с коническим днищем помещен соосно в цилиндрический корпус с коническим днищем большего диаметра, образуя между ними зазор, а на цилиндрическом корпусе меньшего диаметра расположены продольные щели постоянной ширины, новым является то, что продольные щели постоянной или переменной ширины заканчиваются у нижнего основания внутреннего конического днища и являются наклонными по отношению к вертикали с предельным углом α, определяемым из соотношения где D - диаметр внутреннего цилиндрического корпуса, Н - высота внутреннего цилиндрического корпуса, или поверхность внутреннего цилиндрического корпуса с коническим днищем имеет перфорацию отверстиями трапецеидальной формы, первое меньшее основание которых равно наименьшему диаметру выделяемых частиц, второе большее по ходу движения запыленного воздуха основание трапеции - наибольшему диаметру выделяемых частиц, а высота трапецеидальных отверстий является перпендикулярной или наклонной по отношению к вертикали на боковой поверхности перфорированного цилиндрического корпуса с предельным углом α, определяемым из соотношения где D - диаметр внутреннего цилиндрического корпуса, Н - высота внутреннего цилиндрического корпуса

Техническим результатом является повышение эффективности работы циклона-сепаратора, характеризующееся увеличением его производительности и степени очистки запыленного газа.

На фиг.1 представлен циклон-сепаратор, продольный разрез; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - развертка поверхности цилиндрического корпуса диаметром D на фиг.3 с наклонной продольной щелью и перфорацией трапецеидальными отверстиями; на фиг.5 - перфорация поверхности внутреннего корпуса отверстиями трапецеидальной формы; на фиг.6 - расположение трапецеидального отверстия на фиг.5, когда высота трапеции является наклонной по отношению к вертикали на внутреннем цилиндрическом корпусе.

Циклон-сепаратор включает вертикальный цилиндрический корпус 1 с коническим днищем 2, тангенциально расположенный штуцер 3 для ввода в аппарат запыленного газового потока, выхлопную трубу 4 для вывода из аппарата очищенного газа, вертикальный цилиндрический корпус 5 большего диаметра с коническим днищем 6 и штуцером 7 для удаления из аппарата пыли. Цилиндрический корпус 1 с коническим днищем 2 стандартных размеров [Чернобыльский И.И., Бондарь А.Г., Гаевский Б.А. и др. Машины и аппараты химических производств. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1974, 456 с., ил., с. 16] от входного патрубка помещен соосно в цилиндрический корпус 5 большего диаметра с коническим днищем 6, образуя между ними зазор не менее максимального размера выделяемых твердых частиц. Пространство между корпусами 1 и 5 в верхней части аппарата отделено от окружающей среды герметичной крышкой 8, а пространство между коническими днищами 2 и 6 в нижней части аппарата соединено со штуцером 7 для удаления пыли из аппарата. Внутренний диаметр цилиндрического корпуса 1 равен D, а его высота от крышки 8 до конического днища 2 - Н. На внутреннем цилиндрическом корпусе 1 высотой Н расположены одна или несколько вертикальных или наклонных по отношению к вертикали с углом α, определяемым из соотношения где D - диаметр внутреннего цилиндрического корпуса, Н - высота внутреннего цилиндрического корпуса, продольных щелей 9 постоянной или переменной ширины, причем упомянутые щели могут быть распределены равномерно по периметру внутреннего корпуса 1 циклона-сепаратора или расположены друг от друга на некотором расстоянии, увеличивающемся в направлении запыленного газа, и заканчиваются у нижнего основания внутреннего конического днища 2. Цилиндрический корпус 1 высотой Н с коническим днищем 2 может быть перфорирован отверстиями трапецеидальной формы 10.

Отверстия трапецеидальной формы могут располагаться так, что их высота может быть перпендикулярной или наклонной по отношению к вертикали на боковой поверхности перфорированного цилиндрического корпуса 1 с предельным углом α, определяемым из соотношения где D - диаметр внутреннего цилиндрического корпуса, Н - высота внутреннего цилиндрического корпуса.

Циклон-сепаратор работает следующим образом.

Пылегазовый поток по штуцеру 3, установленному тангенциально к вертикальному цилиндрическому корпусу 1 циклона-сепаратора, поступает в него, при этом прямолинейное движение пылегазового потока преобразуется во вращательное. При вращении пылегазового потока на твердые частицы действуют центробежная сила и радиальная составляющая скорости частиц пыли [Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. - 3-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1982, 288 с., ил., с. 161], обеспечивающие одновременное движение твердых частиц к стенкам цилиндрического корпуса 1 и конического днища 2. Считается, что частицы пыли, достигнув внутренней поверхности цилиндрического корпуса или конического днища, сползают по ней к штуцеру для удаления пыли. При этом происходит значительная эрозия стенок циклона-сепаратора, а твердые частицы имеют тенденцию отскакивать от стенки и вновь возвращаться в газовый поток, выноситься им из аппарата через выхлопную трубу. Эти негативные явления проявляются в большей степени с увеличением концентрации твердых частиц в пылегазовом потоке и скорости его вращения.

Для предотвращения отскока твердых частиц от стенки и повторного возвращения их в газовый поток на цилиндрическом корпусе 1 с коническим днищем 2 расположены продольные щели 9, в которые неизбежно попадают твердые частицы, проходят через них и попадают в зазор между цилиндрическими корпусами 1 и 5 и коническими днищами 2 и 6, который выполняет для них роль ловушки. Наклонное по отношению к вертикали расположение щелей приближает их к траектории движения частиц по поверхности, что повышает эффективность их улавливания. Движение твердых частиц в зазоре продолжается под действием сил инерции и тяжести, действующих на них. Таким образом обеспечивается проницаемость стенки внутреннего корпуса с коническим днищем в направлении действия центробежной силы и радиальной составляющей скорости частиц пыли, что позволяет быстро выводить их из зоны закручивания газового потока, предотвратить их возврат в газовый поток и вынос из аппарата.

Подобные явления происходят при перфорации цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 циклона-сепаратора отверстиями трапецеидальной формы. Перфорация такова, что движение газового потока и его закручивание происходит внутри зоны, ограниченной цилиндрическим корпусом 1 и коническим днищем 2.

Использование предлагаемого циклона-сепаратора позволяет обеспечить высокую эффективность выделения из пылегазового потока твердых частиц различных фракций; обеспечить высокую степень очистки пылегазового потока от твердых частиц; увеличить исходную концентрацию пыли; повысить производительность аппарата за счет увеличения окружной скорости пылегазового потока; обеспечить простоту в изготовлении и надежность в работе; обеспечить компактность аппарата при отсутствии в нем вращающихся частей и элементов, требующих регенерации; обеспечить непрерывную работу циклона-сепаратора.

Изобретение предназначено для сухой очистки газов от пыли, и может быть использовано в химической, пищевой, строительной, фармацевтической, металлургической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки дымовых газов и вентиляционных выбросов. В циклоне-сепараторе, содержащем цилиндрический корпус с коническим днищем, тангенциально расположенным штуцером для ввода в аппарат запыленного газового потока и штуцером для удаления пыли, выхлопную трубу, цилиндрический корпус от входного патрубка с коническим днищем помещен соосно в цилиндрический корпус с коническим днищем большего диаметра, образуя между ними зазор, а на цилиндрическом корпусе меньшего диаметра расположены продольные щели, новым является то, что продольные щели постоянной или переменной ширины заканчиваются у нижнего основания внутреннего конического днища и являются наклонными по отношению к вертикали с предельным углом α, определяемым из соотношения tgα=π·D/H, где D - диаметр внутреннего цилиндрического корпуса, Н - высота внутреннего цилиндрического корпуса, или поверхность внутреннего цилиндрического корпуса с коническим днищем имеет перфорацию отверстиями трапецеидальной формы, первое меньшее основание которых равно наименьшему диаметру выделяемых частиц, второе по ходу движения запыленного воздуха основание трапеции - наибольшему диаметру выделяемых частиц, а высота трапецеидальных отверстий является перпендикулярной или наклонной по отношению к вертикали на боковой поверхности перфорированного цилиндрического корпуса с предельным углом α, определяемым из соотношения tgα=π·D/H, где D - диаметр внутреннего цилиндрического корпуса, Н - высота внутреннего цилиндрического корпуса. Техническим результатом является повышение эффективности работы циклона-сепаратора, характеризующееся увеличением его производительности и степени очистки запыленного газа. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Циклон-сепаратор, включающий цилиндрический корпус с коническим днищем, тангенциально расположенным штуцером для ввода в аппарат запыленного газового потока и штуцером для удаления пыли, выхлопную трубу, при этом цилиндрический корпус от входного патрубка с коническим днищем помещены соосно в цилиндрический корпус с коническим днищем большего диаметра, образуя между ними зазор, а на цилиндрическом корпусе меньшего диаметра расположены продольные щели, отличающийся тем, что продольные щели постоянной или переменной ширины заканчиваются у нижнего основания внутреннего конического днища и являются наклонными по отношению к вертикали, предельный угол между которыми α определяется из соотношения

где D - диаметр внутреннего цилиндрического корпуса;

Н - высота внутреннего цилиндрического корпуса,

причем упомянутые щели могут быть распределены равномерно по периметру внутреннего корпуса циклона-сепаратора или расположены друг от друга на некотором расстоянии, увеличивающемся в направлении запыленного газа.

где D - диаметр внутреннего цилиндрического корпуса,

Н - высота внутреннего цилиндрического корпуса.