ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ УСТАНОВКА ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ
TWO-STEP INSTALLATION OF DUST-COLLECTOR

Изобретение относится к технике пылеулавливания и может применяться в химической, текстильной, пищевой, легкой и других отраслях промышленности для очистки запыленных газов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является установка по патенту РФ №2257959, содержащая корпус, состоящий из цилиндрической и конических частей и расположенный в его верхней части периферийный ввод газового потока и выходной патрубок очищенного газа (прототип).
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса пылеулавливания за счет отсутствия фильтра тонкой очистки и системы взрывопожаробезопасности.
Технически достижимый результат - повышение эффективности и надежности процесса пылеулавливания путем обеспечения установки системой взрывопожаробезопасности.
Это достигается тем, что в двухступенчатой установке пылеулавливания, включающей в себя циклон предварительной очистки системы пылеулавливания, который содержит корпус, состоящий из цилиндрической и конической частей, периферийный ввод газового потока, выполненный в виде входного патрубка и выхлопное устройство, содержащее выхлопную трубу для выхода очищенного газа, верхний и нижний корпус с размещенным в них внутренним стаканом с водосборником и сливной трубкой, причем в выхлопной трубе размещен рассекатель, в выхлопной трубе размещен фильтрующий элемент, состоящий из частей, которые образованы выхлопной трубой и рассекателем, фильтр тонкой очистки со встроенной системой взрывопожаробезопасности, каждая из форсунок системы обеспечения пожаровзрывобезопасности работы устройства содержит корпус с камерой завихрения и сопло, корпус выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием, и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой с внутренней резьбой и расширительной камерой, соосной корпусу, при этом соосно корпусу, в его нижней части подсоединено к гильзе посредством резьбы сопло, выполненное в виде перевернутого стакана, в днище которого выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с, по крайней мере двумя, наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий, расположенных в торцевой поверхности сопла, где также выполнено центральное цилиндрическое дроссельное отверстие, соединенное со смесительной камерой сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой, в диффузорной выходной камере установлен рассекатель, выполненный в виде, по крайней мере, трех спиц, каждая из которых одним концом закреплена на внешней поверхности диффузорной выходной камеры, перпендикулярно образующим ее поверхности, а другим - в поверхности тела вращения, например шара, ось которого совпадает с осью диффузорной выходной камеры, а само тело вращения расположено в нижней части за срезом диффузорной выходной камеры, к торцевой поверхности цилиндрической гильзы, соосной с корпусом, соосно диффузорной камере, прикреплен диффузор, поверхность среза которого лежит в плоскости, находящейся ниже поверхности тела вращения рассекателя, а рассекатель выполнен в виде двух спиц, каждая из которых одним концом закреплена на внешней поверхности диффузорной выходной камеры, перпендикулярно образующим ее поверхности, а другим - на оси, на которой, с возможностью вращения, установлено тело вращения, выполненное в виде шара, центр которого лежит на оси диффузорной выходной камеры, при этом поверхность тела вращения, выполненного в виде шара, установленного на оси, с возможностью вращения, выполнена перфорированной, а к поверхности тела вращения, выполненного в виде шара, установленного на оси, с возможностью вращения, установлены элементы, осуществляющие его вращение, например в виде отрезков винтовых лопастей.
На фиг. 1 изображен общий вид циклона установки пылеулавливания, на фиг. 2 - схема фильтра тонкой очистки со встроенной системой взрывопожаробезопасности процесса пылеулавливания, на фиг. 3 представлена схема вихревой форсунки системы взрывопожаробезопасности, на фиг. 4 - вариант выполнения тела вращения 44 форсунки с резонансными выемками.
Двухступенчатая установка пылеулавливания включает в себя циклон предварительной очистки системы пылеулавливания, который содержит корпус, состоящий из цилиндрической 7 и конической 8 частей, периферийный ввод газового потока, выполненный в виде входного патрубка и выхлопное устройство, содержащее выхлопную трубу 4 для выхода очищенного газа, верхний 3 и нижний 2 корпус с размещенным в них внутренним стаканом 9 с водосборником 5 и сливной трубкой 6, причем в выхлопной трубе размещен рассекатель 1 и фильтрующий элемент 10, состоящий из частей, которые образованы выхлопной трубой и рассекателем.
Циклон двухступенчаой установки пылеулавливания работает следующим образом.
2
1
1
2
2
3
Запыленный газовый поток поступает в циклон через входной патрубок, закручивается за счет тангенциального периферийного ввода и движется далее по нисходящей винтовой линии вдоль стенок корпуса 7 и 8 аппарата. В результате чего частицы пыли под действием центробежной силы движутся от центра аппарата к периферии, и, достигая стенок аппарата, транспортируются вниз в коническую часть корпуса 8, а затем в бункер для сбора уловленной пыли. Очищенный воздух выводится из циклона через внутренний стакан 9 и выхлопную трубу 4. Водосборник 5 служит для сбора конденсата, который выводится через сливную трубку 6. При этом легкие, мелкодисперсные частицы пыли, не уловленные в бункере, задерживаются на фильтрующем элементе 10, при этом происходит снижение виброакустической энергии, так как фильтрующий элемент 10 одновременно является аэродинамическим глушителем шума активного (сорбционного) типа. Процесс пылеулавливания протекает в оптимальном гидродинамическом режиме при следующих соотношениях основных конструктивных параметров предлагаемого устройства: отношение диаметра цилиндрической части корпуса к диаметру внутреннего стакана, находится в оптимальном интервале величин: D/D=1,6…1,9: отношение диаметра цилиндрической части корпуса к меньшему диаметру усеченного конуса конической части корпуса находится в оптимальном интервале величин: D/D=4,9…7,2; отношение высоты конической части корпуса циклона к высоте его цилиндрической части, находится в оптимальном интервале величин: h/h=1,6.…1,8; отношение высоты цилиндрической части корпуса циклона к расстоянию между корпусом циклона и корпусом выхлопного устройства, находится в оптимальном интервале величин: h/h=3,8…6,4.
Фильтрующий элемент 10 имеет поверхность, конгруэнтную соответствующим частям выхлопного устройства. Гидравлическое сопротивление фильтрующего элемента составляет 15…25% от гидравлического сопротивления всего аппарата, а материал фильтрующего элемента обладает повышенными звукопоглощающими свойствами.
Для снижения виброакустической активности аппарата и его металлоемкости, а также повышения его надежности в предлагаемом устройстве предусмотрены следующие мероприятия: детали циклона выполнены из конструкционных композиционных или полимерных материалов, например полиэтилена, капрона, полиуретана с помощью литья, штамповки, формования; винтообразные элементы деталей циклона изготовлены способами пластической деформации, например выдавливания или накатки на оборудовании, имеющем винтообразное формообразующее движение; на винтообразные элементы деталей циклона и поверхности, контактирующие с запыленным газовым потоком нанесен износостойкий слой, например способами напыления или с применением гальванического оборудования; на поверхности деталей нанесен слой мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, причем соотношение между толщиной металла и вибродемпфирующего покрытия находится в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…4); детали циклона выполнены армированными или слоистыми, причем поверхности слоев, соприкасаемые с движущимся газовым потоком выполнены из материалов, обладающих повышенной износостойкостью и антифрикционными свойствами, а свойства материала арматуры подобраны из условия снижения виброакустической активности аппаратов; детали винтообразных поверхностей циклона выполнены армированными путем формования или заливки винтообразных износостойких элементов в корпусные детали или крышки.
Двухступенчатая установка пылеулавливания включает в себя фильтр тонкой очистки со встроенной системой взрывопожаробезопасности процесса пылеулавливания, который последовательно соединен с циклоном.
Фильтр тонкой очистки со встроенной системой взрывопожаробезопасности (фиг. 2) включает в себя корпус 12 рамной конструкции с ограждениями, опорную часть 16 с бункером 14 для сбора пыли и пылесборной тележкой 15, установленной на основании 30, а также входной 11 и выходной 13 короба фильтровальной секции пылеуловителя с фильтрами рукавного типа, соответственно с входным 17 и выходным 18 патрубками. Во входном коробе 11 устройства пылеулавливания установлен коллектор 26 с форсунками 27 системы пожаровзрывобезопасности с блоком 28 управления, связанным электронной связью с общим микропроцессором 29. Система 19 регенерации рукавных фильтров с механизмом 20 импульсной продувки снабжена блоком управления 21 каждого электромагнитного клапана продувочных сопел и соединена с общим блоком управления 22 регенерацией, связанного электронной связью с общим микропроцессором 29. Во входном 11 коробе фильтровальной секции также установлен датчик 23 температуры, в бункере 14 для сбора пыли - аварийный датчик 25 уровня пыли, в выходном коробе 13 фильтровальной секции - тепловой автоматический датчик-извещатель 24, выходы с которых соединены с общим микропроцессором 29, расположенном в шкафу управления (на чертеже не показан).
Очистку запыленного газового потока осуществляют посредством его подачи через входной 17 патрубок во входной короб 11 фильтровальной секции пылеуловителя с фильтрами рукавного типа. При этом запыленный газовый поток поступает через внешние поверхности рукавных фильтров во внутреннюю их полость, освобождаясь при этом от частиц пыли и попадает в полость выходного короба 13 фильтровальной секции. Для оптимизации процесса пылеулавливания и его безопасной работы во входном коробе 11 устройства пылеулавливания установлен датчик 23 температуры и коллектор 26 с форсунками 27 системы пожаровзрывобезопасности с блоком 28 управления, связанного электронной связью с общим микропроцессором 29. В бункере для сбора пыли установлен аварийный датчик 25 уровня пыли, а в выходном коробе фильтровальной секции - тепловой автоматический датчик-извещатель 24, при этом выходы с датчиков соединяют с общим микропроцессором 29. Во входном коробе 11 фильтровальной секции пылеуловителя устанавливают систему регенерации рукавных фильтров с механизмом 20 импульсной продувки, которая связана с блоком управления 21 каждого электромагнитного клапана продувочных сопел и соединена с общим блоком управления 22 регенерацией, связанного электронной связью с общим микропроцессором 29.
Тепловой датчик-извещатель 24 соединен с системой пожаровзрывобезопасности, которая является выходным звеном в общей системе безопасного пылеулавливания, и способна предотвратить распространение пламени, в случае его возникновения, через выходной 18 патрубок дальше по вентиляционным каналам, что повышает надежность и безопасность всего комплекса системы безопасного пылеулавливания. Работа коллектора 26 с форсунками 27 осуществляется по принципу открытия аварийного электромагнитного клапана подачи воды, при подачи на клапан управляющего сигнала от общего микропроцессора 29, обрабатывающего сигнал с теплового датчика-извещателя 24, который в свою очередь реагирует на увеличение температуры в выходном коробе, вплоть до самовоспламенения пылевых аэрозолей и фильтрующих материалов.
На фиг. 3 представлена схема вихревой форсунки, на фиг. 4 - вариант выполнения тела вращения 44 с резонансными выемками.
Вихревая форсунка включает в свой состав корпус 31, который выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием 33, и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой 32 с внутренней резьбой 35. В цилиндрической гильзе 32 расположена расширительная камера 34, соосная корпусу. При этом соосно корпусу, в его нижней части подсоединено к гильзе 32 посредством резьбы 35 сопло 36, выполненное в виде перевернутого стакана, в днище 37 которого выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с, по крайней мере двумя, наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий 39 и 40, расположенных в торцевой поверхности сопла 36, образованной его днищем 37. В торцевой поверхности сопла 36 также выполнено центральное цилиндрическое дроссельное отверстие 38, соединенное со смесительной камерой 41 сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой 42. Причем эффективные площади проходных сечений наклонных цилиндрических отверстий 39 и 40, взятые в совокупности, и центрального отверстия 38 равны между собой.
В выходной диффузорной камере установлен рассекатель, выполненный в виде, по крайней мере, трех спиц 43, каждая из которых одним концом закреплена на внешней поверхности диффузорной выходной камеры 42, перпендикулярно образующим ее поверхности, а другим - в поверхности тела вращения 44, например шара, ось которого совпадает с осью диффузорной выходной камеры 42, а само тело вращения 44 расположено в нижней части, за срезом диффузорной выходной камеры.
Возможен вариант, когда поверхность тела вращения 44, ось которого совпадает с осью диффузорной выходной камеры 42, а само тело вращения 44 расположено в нижней части, за срезом диффузорной выходной камеры, выполнена в виде эллипсоида, малая ось которого осесимметрична оси диффузорной выходной камеры 42 (на чертеже не показано).
Возможен вариант, когда к торцевой поверхности цилиндрической гильзы 32, соосной с корпусом 31, соосно диффузорной камере 42, прикреплен диффузор 45, поверхность среза которого лежит в плоскости, находящейся ниже поверхности тела вращения 44 рассекателя.
Возможен вариант, когда рассекатель выполнен в виде двух спиц 43, каждая из которых одним концом закреплена на внешней поверхности диффузорной выходной камеры 42, перпендикулярно образующим ее поверхности, а другим - на оси 46, на которой, с возможностью вращения, установлено тело вращения 44, выполненное в виде шара, центр которого лежит на оси диффузорной выходной камеры 42. Возможен вариант, когда поверхность тела вращения 44, выполненного в виде шара, установленного на оси 46, с возможностью вращения, выполнена перфорированной. Возможен вариант, когда к поверхности тела вращения 44, выполненного в виде шара, установленного на оси 46, с возможностью вращения, установлены элементы, осуществляющие его вращение, например в виде отрезков винтовых лопастей (на чертеже не показано). Возможен вариант, когда на внутренней поверхности центрального цилиндрического дроссельного отверстия 38, расположенного в торцевой поверхности сопла 36, выполнены винтовые канавки для осуществления дополнительного закручивания потока жидкости (на чертеже не показано).
Вихревая форсунка работает следующим образом.
Распыляемая жидкость поступает в корпус 31 через центральное отверстие 33, затем в расширительную камеру 34, соосную корпусу 31. После камеры 34 жидкость направляется к соплу 36, где распределяется по нескольким направлениям: первое - по центральному цилиндрическому дроссельному отверстию 38 в смесительную камеру 41, а второе - в турбулентный завихритель потока жидкости с наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий 39 и 40, также соединенных со смесительной камерой 31 сопла, где при взаимодействии этих встречающихся потоков происходит их дробление с образованием турбулентного потока, направляющегося к диффузорной выходной камере 42, где происходит дополнительное дробление капель жидкости при их столкновении друг с другом за счет расширяющегося турбулентного потока жидкости.
В выходной диффузорной камере 42 происходит столкновение выходного вихревого потока с рассекателем, его спицами 43, и поверхностью тела вращения 44, что приводит к дополнительному дроблению капель жидкости, образованию тонкораспыленных струй.
Возможен вариант, когда в теле вращения 44, ось которого совпадает с осью диффузорной выходной камеры 42, а само тело вращения 44 расположено в нижней части, за срезом диффузорной выходной камеры, выполнены резонансные выемки 47 по форме в виде цилиндрической поверхности разного диаметра и длины, выполняющие функции резонаторов Гельмгольца, размеры которых определяются необходимой частотой пульсации потока жидкости (фиг. 4) для увеличения мелкодисперсности распыляемого факела.