ПЫЛЕОТДЕЛИТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК B04C7/00 

Изобретение относится к области отделения взвешенных частиц от газов, а именно к устройствам для очистки газов от дисперсных примесей с использованием инерционных сил, и может быть использовано в теплоэнергетической, химической, строительной и других отраслях промышленности.

Известен пылеотделитель, включающий улиточный корпус с патрубком ввода исходного потока, периферийным патрубком для вывода пылеконцентрата в выносной циклон и центральным каналом для вывода очищенного газа /Карпухович Д.Т. Улиточные пылеуловители // Водоснабжение и санитарная техника. 1972, №7, с.28-31/.

Недостатком этого устройства является неустойчивая работа выносного циклона при колебаниях дисперсности и концентрации частиц в потоке, что ведет к понижению эффективности его работы. Кроме того, в этом устройстве отсутствует вторая ступень сепарации, в которой могла бы использоваться крутка потока.

Известен пылеотделитель вихревого типа (А.С. №1611405, МПК В01D, 45/12, БИ №45-90 г. Прототип). Пылеотделитель содержит криволинейную вихревую камеру, приемник в ее нижней части, патрубок ввода, сообщающиеся между собой посредством щелей, и осевой патрубок вывода очищенного газа. В стенке камеры выполнено окно, сообщающееся с патрубком ввода, при этом щели и окно снабжены регулируемыми шиберами, а углы между радиусами, проходящими через центры окон и щелей, составляют 100°-140°. Вихревая камера снабжена размещенной на ее торцовой стенке противоположно патрубку вывода и соосно ему обечайкой с диаметром, большим диаметра патрубка вывода, и шириной 0,15-0,25 ширины камеры. Осевой патрубок вывода очищенного газа заглублен в вихревую камеру на расстояние 0,3-0,4 ширины камеры. Приемник выполнен из двух секций, расположенных одна под другой и соединенных пылевым затвором. Пылеотделитель снабжен присоединенным к осевому патрубку вывода расширяющимся концентратором с осевым выводом очищенного газа и тангенциальным выводом пылегазового концентрата. Этот вывод соединен с нижней секцией приемника, прикрепленным к торцовой стенке соосно патрубку вывода дополнительным патрубком, соединенным с нижней секцией приемника. Верхняя секция приемника снабжена криволинейным пластинчатым обтекателем, присоединенным к нижней образующей вихревой камеры со стороны входа пылегазового потока и расположенным с увеличивающимся зазором к ней. Она также снабжена козырьками, расположенными под обтекателем на стенке приемника со стороны входа и выхода пылегазового потока. Нижняя секция приемника выполнена в виде противоточного циклона с течкой пыли по оси, причем на ней закреплен отражатель вихря.

Недостатком пылеотделителя по А.С. №1611405 является несовершенство аэродинамического процесса сепарации расширяющегося концентратора второй ступени и конструкции второй нижней секции приемника, предназначенной для окончательного осаждения и выделения пыли из газового потока, что снижает эффективность улавливания пыли.

Поставлена задача усовершенствовать конструкцию пылеотделителя с целью повышения эффективности его работы.

Поставленная задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом пылеотделитель включает вихревую камеру, размещенный под ней приемник, патрубок ввода с подвижным шибером, осевой патрубок вывода очищенного газа, заглубленный в вихревую камеру на расстояние 0,3-0,4 ширины камеры, обечайку с диаметром, большим диаметра патрубка вывода, и шириной 0,15-0,25 ширины камеры, размещенную на торцовой стенке камеры противоположно патрубку вывода очищенного газа и соосно ему, нижнюю образующую вихревой камеры. Согласно изобретению пылеотделитель снабжен присоединенным к осевому патрубку вывода очищенного газа вихревой камеры противоточным цилиндрическим концентратором с осевым выводом очищенного газа и отводом пылеконцентрата, в вихревой камере со стороны ввода потока на ее криволинейной стенке выполнена щель и газоход с шибером, сообщающийся с газоходом отвода пылеконцентрата от противоточного цилиндрического концентратора в выносной противоточный циклон, а на противоположной криволинейной стенке вихревой камеры выполнены щель и газоход, сообщающиеся с выносным противоточным циклоном, причем выносные противоточные циклоны снабжены транзит-приемниками с затворами, содержащими вертикальные пылевые стояки, а приемник вихревой камеры снабжен пылепроводом с затвором. При этом длина транзит-приемников равна 5-10 их диаметров, длина противоточного цилиндрического концентратора равна 1-3 его диаметра, диаметр транзит-приемника циклона равен 1,1-1,5 диаметра пылевыводного отверстия циклона, а угол наклона выносных противоточных циклонов с транзит-приемниками находится в пределах 0°-45° от вертикали.

Далее сущность изобретения поясняется чертежами и таблицами, на которых изображено:

- на фиг.1 - конструкция пылеотделителя (вид со стороны выводного патрубка вихревой камеры);

- на фиг.2 - конструкция пылеотделителя (вид со стороны вводного патрубка вихревой камеры);

- в табл.1 - эффективность осаждения пыли в зависимости от длины транзит-приемника циклона;

- в табл.2 - эффективность осаждения пыли в зависимости от длины противоточного цилиндрического концентратора;

- в табл.3 - эффективность осаждения пыли в зависимости от угла наклона противоточного циклона с транзит-приемником.

Пылеотделитель содержит вихревую камеру 1 с вводным патрубком 2, нижней образующей 3 и приемником 4. Камера 1 и приемник 4 сообщены между собой посредством щелей 5, 6. В камере закреплен осевой патрубок вывода очищенного газа 7, обечайка 8, обечайка 9 и пластина 10. Вводной патрубок 2 снабжен подвижным шибером 11, предназначенным для регулирования крутки газопылевого потока. На криволинейной стенке камеры 1 со стороны ввода газа выполнена щель 12 для отвода части исходной пыли в газоход 13 с шибером 14. Пластина 10 и криволинейная поверхность камеры 1 образуют щель 15 для отвода пылеконцентрата, к которой присоединен газоход 16.

К нижней части приемника 4 прикреплен пылепровод 17, снабженный пылевым затвором 18.

Щель 15 отвода пылеконцентрата из вихревой камеры сообщается посредством газохода 16 с выносным противоточным коническим циклоном 19, к пылевыводному отверстию которого прикреплен транзит-приемник 20, снабженный пылевым затвором 21.

К осевому патрубку вывода очищенного газа 7 вихревой камеры прикреплен противоточный цилиндрический концентратор 22, снабженный осевым патрубком 23 вывода очищенного газа из противоточного цилиндрического концентратора 22, отводом 24 пылеконцентрата и газоходом 25.

Газоходы 13 и 25 соединены между собой и выносным противоточным коническим циклоном 26, к пылевыводному отверстию которого прикреплен транзит-приемник 27, снабженный пылевым затвором 28.

Вихревая камера 1 и выносные противоточные конические циклоны 19 и 26 сообщены с пылевым бункером 29.

Устройство работает следующим образом.

Запыленный поток с концентрацией частиц в потоке менее 100 г/м³ поступает в вихревую камеру 1 по патрубку 2 ввода, где за счет инерционных сил пыль концентрируется на периферии и с частью потока в количестве 2-10% с большим содержанием частиц через щель 5 поступает в приемник 4, в котором происходит выделение из потока частиц, скорость витания которых выше транспортирующей скорости потока. Патрубок 2 ввода снабжен подвижным шибером 11, предназначенным для регулирования крутки потока в сепарационных элементах. Часть потока в количестве 2-5% через щель 12 отвода части исходной пыли отводится в газоход 13 с шибером 14.

Выделившиеся из газа в приемнике частицы поступают в пылепровод 17, снабженный пылевым затвором 18. Неотсепарированная в приемнике 4 пыль через щель 6 поступает в вихревую камеру 1, где присоединяется к потоку, поступающему через вводной патрубок 2.

Поток с меньшим содержанием частиц огибает нижнюю образующую 3 вихревой камеры 1, содержащиеся в нем частицы за счет сил инерции выводятся в пристеночную зону улиточной камеры и с потоком в количестве 10% через щель 15 через газоход 16 отводятся в выносной противоточный конический циклон 19, к пылевыводному отверстию которого прикреплен транзит-приемник 20, снабженный пылевым затвором 21.

Очищенный в циклоне поток присоединяется к основному потоку, выходящему из осевого патрубка 23 вывода очищенного газа противоточного цилиндрического концентратора 22.

В контуре камера 1 - щель 5 - пылеприемник 4 - щель 6 - камера 1 происходит разгрузка потока, формируется циркуляционный поток частиц, поскольку имеющийся «вихревой замок» способствует возвращению крупных частиц, вынесенных из пылеприемника, а также способствует оттоку газа с отсепарированной пылью в количестве 10% в щель 15 отвода пылеконцентрата. Величина циркуляционного потока регулируется положением подвижного шибера 11 и в зависимости от расхода газа подбирается таким, чтобы он был достаточным для отвода отсепарированных частиц пыли из вихревой камеры 1 в приемник 4 через щель 5 и в выносной циклон 19 через щель 15.

Поток в количестве 85-88% поступает в цилиндрический противоточный концентратор 22 через осевой патрубок вывода очищенного газа 7 вихревой камеры. В цилиндрическом противоточном концентраторе 22 за счет инерционных сил пыль концентрируется на периферии и с частью газа в количестве 5-10% поступает в отвод 24 пылеконцентрата и газоход 25.

Потоки из газоходов 13 и 25 поступают в выносной противоточный конический циклон 26. Очищенный поток из циклона 26 присоединяется к основному потоку, выходящему из осевого патрубка 23 вывода очищенного газа из противоточного цилиндрического концентратора 22.

Шибер 14 на газоходе 13 позволяет регулировать дисперсный состав пыли на входе в циклон 26. Это препятствует образованию отложений в циклоне 26 и зависанию материала в пылевом затворе 28.

Таким образом, в противоточном цилиндрическом концентраторе 22 происходит доочистка газа от частиц пыли, не отсепарировавшихся в вихревой камере 1.

Очищенный от частиц пыли газ в количестве 75-83% выводится из пылеуловителя через осевой патрубок 23 вывода очищенного газа противоточного цилиндрического концентратора 22, где в дальнейшем к нему присоединяется поток в количестве 10% из противоточного конического циклона 19 и поток в количестве 7-15% из противоточного конического циклона 26.

Применение противоточного цилиндрического концентратора 22 способствует увеличению общей эффективности пылеотделителя, так как зона разделения частиц в противоточном цилиндрическом концентраторе больше по сравнению с прямоточным концентратором, используемом в изобретении по А.С. СССР №1611405. Это подтверждается исследованиями /Кирпичев Е.Ф., Царькова А.А. Сравнительные испытания различных циклонов на стенде // Теплоэнергетика, 1957. - №10/.

В транзит-приемниках 20 и 27 противоточных конических циклонов 19 и 26 происходит снижение крутки и затухание потока, успокоение образовавшихся в циклонах жгутов пыли. При этом поступившие в транзит-приемники частицы пыли выделяются из газа и образуют насыпной слой частиц /Василевский М.В., Зыков Е.Г. Методы повышения эффективности систем обеспыливания газов с групповыми циклонными аппаратами в малой энергетике // Промышленная энергетика, 2004. - №9. - С.54-57/.

Наиболее эффективно затухание крутки потока в зависимости от концентрации частиц осуществляется в транзит-приемниках циклонов длиной от 5 до 10 диаметров транзит-приемника, а диаметр транзит-приемника циклона находится в диапазоне 1,1-1,5 диаметра пылевыводного отверстия конического циклона. При таких соотношениях движение пыли происходит до конца транзит-приемника.

Уловленная в вихревой камере 1 и выносных противоточных конических циклонах 19 и 26 пыль поступает в общий пылевой бункер 29.

В изобретении по А.С. СССР №1611405 окончательное выделение частиц из потока осуществляется в нижней секции приемника, представляющего собой противоточный циклон с течкой пыли по оси и с закрепленным на ней отражателем вихря. Опыт эксплуатации пылеуловителя показал, что эффективность улавливания частиц в циклонном аппарате данной конструкции недостаточно высока. Для повышения общей эффективности предлагается окончательное улавливание частиц проводить в высокоэффективных противоточных конических циклонах типа СК-ЦН-34 или ЦН-11 /Циклоны НИИОГАЗ. Руководящие указания по проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации. - Ярославль, 1970. - 95 с./.

Опыт эксплуатации предлагаемого пылеуловителя показал, что вследствие малого медианного размера пыли, поступающего в выносной конической циклон цилиндрического концентратора, происходит зависание материала в пылевом затворе. Для предотвращения забивания транзит-приемника циклона и зависания материала в пылевом затворе было решено выполнить обводной канал, по которому на вход циклона через газоход с шибером дополнительно подавался исходный материал, взятый из вихревой камеры посредством щели, выполненной на ее криволинейной стенке со стороны ввода потока. После выполнения данного мероприятия выгрузка материала из пылевого затвора выносного противоточного циклона цилиндрического концентратора стала осуществляться стабильно.

Таким образом, изобретение повышает эффективность пылеулавливания за счет применения в качестве второй ступени более эффективного противоточного цилиндрического концентратора и стабилизации работы выносных противоточных конических циклонов, так как при переменной нагрузке, колебаниях дисперсного состава и концентрации пыли, условия работы выносных противоточных конических циклонов остаются неизменными, а установка указанных циклонов и транзит-приемников наклонно позволяют свести все потоки отсепарированной пыли в общий пылесборник. Изобретение позволяет снизить содержание частиц в очищенном газе в 2-3 раза.

Примеры осуществления изобретения

Пример 1

В лабораторных условиях проводилось испытание одиночного противоточного конического циклона СК-ЦН-34 диаметром 90 мм с диаметром пылевыводного отверстия, равным 20 мм. При испытаниях использовалась пыль цемента марки М 400. В качестве пылеприемника использовался заглушенный транзит-приемник в виде стояка диаметром 25 мм и пылеприемник, выполненный из прозрачного, жесткого и непроницаемого материала. Очищенный в циклоне поток поступал в рукавный фильтр. Определение эффективности проводилось путем измерения количества подаваемой пыли, количества уловленной циклоном пыли и привеса рукавного фильтра. Эффективность осаждения пыли в зависимости от длины транзит-приемника в сравнении с пылеприемником приведена в табл.1.

Эффективность сепарации частиц в циклоне с использованием в качестве пылевого бункера приемника, выполненного из прозрачного, жесткого и непроницаемого материала, показала эффективность около 90%. Анализ полученных данных показал, что длина транзит-приемника должна составлять больше 5 диаметров, если за калибр взять диаметр транзит-приемника. Однако при выполнении длины транзит-приемника более 10 диаметров наблюдается зависание материала в нижней части транзит-приемника, что связано с уменьшением крутки потока и снижением транспортирующей способности пылевого жгута.

Таким образом, длина транзит-приемника циклона должна составлять 5-10 диаметров, если за калибр взять диаметр транзит-приемника.

Пример 2

В лабораторных условиях проводилось испытание противоточного цилиндрического концентратора и прямоточного цилиндрического концентратора диаметром 200 мм. При испытаниях использовалась пыль цемента марки М400. Цилиндрический концентратор представлял собой набор стыкующихся между собой колец, позволяющих изменять длину от 100 мм до 600 мм с шагом 100 мм. В выносной противоточный конический циклон СК-ЦН-34 диаметром 90 мм отводилось 20% потока газа с пылеконцентратом. Определение расхода газа через выносной циклон определялось по известному коэффициенту гидравлического сопротивления. Очищенный в цилиндрическом концентраторе поток поступал в рукавный фильтр. Определение эффективности проводилось путем измерения количества подаваемой пыли, уловленной пыли и привеса рукавного фильтра.

В работе проводилось сравнение эффективности осаждения противоточного и прямоточного концентраторов в зависимости от длины цилиндрической части.

Результаты проведенных испытаний приведены в табл.2.

При значениях длины концентратора менее 1 диаметра происходит быстрая перестройка потока на входе в концентратор, что приводит к повышенному уносу материала. При значениях длины концентратора более 3 диаметров наблюдается снижение крутки потока в аппарате, что приводит к зависанию материала в корпусе аппарата.

Таким образом, эффективность противоточного концентратора выше по сравнению с прямоточным концентратором, а длина противоточного цилиндрического концентратора должна составлять от 1 до 3 диаметров, если за калибр взять диаметр цилиндрического концентратора.

Пример 3

В лабораторных условиях проводилось испытание одиночного противоточного конического циклона СК-ЦН-34 диаметром 90 мм с диаметром пылевыводного отверстия, равным 20 мм. При испытаниях использовалась пыль цемента марки М 400. В качестве пылеприемника использовался заглушенный транзит-приемник в виде стояка диаметром 20 мм. Визуальное наблюдение за работой циклона показало, что при диаметре транзит-приемника, равного диаметру пылевыводного отверстия циклона, отвод уловленной пыли происходит нестабильно - происходит зависание материала в верхней части транзит-приемника, что приводит к забиванию пылевыводного отверстия. При использовании транзит-приемника с диаметром 22-30 мм отвод уловленной пыли осуществляется стабильно, зависания материала в стояке не наблюдается, забивание пылевыводного отверстия циклона отсутствует. При использовании транзит-приемника с диаметром более 30 мм наблюдается снижение крутки потока в стояке, что приводит к незначительному снижению эффективности пылеулавливания.

Таким образом, эффективность пылеулавливания и устойчивость работы циклона повышается, если диаметр транзит-приемника циклона равен 1,1-1,5 диаметра пылевыводного отверстия циклона.

Пример 4

В лабораторных условиях проводилось испытание одиночного противоточного конического циклона СК-ЦН-34 диаметром 90 мм с диаметром пылевыводного отверстия, равным 20 мм. При испытаниях использовалась пыль цемента марки М 400. В качестве пылеприемника использовался заглушенный транзит-приемник в виде стояка диаметром 25 мм, длиной 300 мм. Очищенный в циклоне поток поступал в рукавный фильтр. Определение эффективности проводилось путем измерения количества подаваемой пыли, количества уловленной циклоном пыли и привеса рукавного фильтра.

Эффективность осаждения пыли в зависимости от угла наклона циклона с транзит-приемником к вертикальному откосу приведена в табл.3.

Таким образом, угол наклона циклона с транзит-приемником в пределах от 0° до 45° от вертикали незначительно влияет на эффективность улавливания частиц. При установке циклона с углом наклона от 45° до 90° (горизонтально) наблюдается снижение эффективности улавливания. Это объясняется отсутствием условий для отвода уловленной пыли из зоны разгрузки потока (формирования насыпного слоя частиц), что приводит к вторичному уносу уловленной пыли.

Пример 5

В производственных условиях Топкинского цементного завода проводилась очистка рабочего воздуха в установке аспирации узла пересыпки с использованием предлагаемого устройства. Производительность установки составляет 10000 м³/час, гидравлическое сопротивление 2000 Па.

Визуальное наблюдение за работой установки показало, что выделение уловленной пыли через пылевые затворы вихревой камеры и выносного противоточного конического циклона вихревой камеры осуществляется устойчиво. В пылевом затворе выносного противоточного конического циклона цилиндрического концентратора происходит зависании материала. Микроскопический анализ уловленного материала показал, что медианный размер пыли, улавливаемый вихревой камерой, составляет 80 мкм; уловленной в выносном коническом циклоне вихревой камеры 25 мкм; уловленной в выносном коническом циклоне цилиндрического противоточного концентратора 5 мкм. Таким образом, зависание материала в пылевом затворе выносного конического циклона цилиндрического концентратора происходит по причине малого медианного размера пыли. Пыль обладает повышенной адгезией, прилипает к стенкам, зависает в транзит-приемнике циклона, забивает пылевыводное отверстие циклона. Для повышения устойчивости работы циклона, устранения зависания материала выполнен обводной канал, по которому на вход циклона дополнительно подавался исходный материал, взятый из вихревой камеры. После выполнения данного мероприятия выгрузка материала из пылевого затвора выносного противоточного циклона цилиндрического концентратора стала осуществляться стабильно.

Технический результат изобретения - повышение эффективности работы пылеотделителя.

Таблица 1Длина, мм100150300Эффективность, %879596

Таблица 2Длина концентратора, мм100200300400500600Эффективность противоточного концентратора, %909496979695Эффективность прямоточного концентратора, %858791929088

Таблица 3Угол наклона, °0°45°90°Эффективность, %969589

Изобретение предназначено для отделения взвешенных частиц от газов. Пылеотделитель снабжен присоединенным к осевому патрубку вывода вихревой камеры противоточным цилиндрическим концентратором с осевым выводом очищенного газа и отводом пылеконцентрата. В вихревой камере со стороны ввода потока на ее криволинейной стенке выполнена щель и газоход с шибером, сообщающийся с газоходом отвода пылеконцентрата от противоточного цилиндрического концентратора в выносной противоточный циклон, а на противоположной стенке камеры выполнены щель и газоход, сообщающиеся с выносным противоточным циклоном. Выносные противоточные циклоны снабжены транзит-приемниками, соединенными с затворами, содержащими вертикальные пылевые стояки, а приемник снабжен пылепроводом с затвором. Технический результат: повышение эффективности работы. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

1. Пылеотделитель, включающий вихревую камеру, размещенный под ней приемник, патрубок ввода с подвижным шибером, осевой патрубок вывода очищенного газа, заглубленный в вихревую камеру на расстояние 0,3-0,4 ширины камеры, обечайку с диаметром большим диаметра патрубка вывода и шириной 0,15-0,25 ширины камеры, размещенную на торцовой стенке камеры противоположно патрубку вывода очищенного газа и соосно ему, нижнюю образующую вихревой камеры, отличающийся тем, что пылеотделитель снабжен присоединенным к осевому патрубку вывода очищенного газа вихревой камеры противоточным цилиндрическим концентратором с осевым выводом очищенного газа и отводом пылеконцентрата, в вихревой камере со стороны ввода потока на ее криволинейной стенке выполнена щель и газоход с шибером, сообщающийся с газоходом отвода пылеконцентрата от противоточного цилиндрического концентратора в выносной противоточный циклон, а на противоположной криволинейной стенке вихревой камеры выполнены щель и газоход, сообщающиеся с выносным противоточным циклоном, причем выносные противоточные циклоны снабжены транзит-приемниками с затворами, содержащими вертикальные пылевые стояки, а приемник вихревой камеры снабжен пылепроводом с затвором.2. Пылеотделитель по п.1, отличающийся тем, что длина транзит-приемника циклона равна 5-10 диаметрам транзит-приемника циклона.3. Пылеотделитель по п.1, отличающийся тем, что длина противоточного цилиндрического концентратора равна 1-3 его диаметрам.4. Пылеотделитель по п.1, отличающийся тем, что диаметр транзит-приемника циклона равен 1,1-1,5 диаметрам пылевыводного отверстия циклона.5. Пылеотделитель по п.1, отличающийся тем, что угол наклона выносных противоточных циклонов с транзит-приемниками находится в пределах 0-45° от вертикали.