ВИХРЕВОЙ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ
VORTEX DUST ARRESTER

Изобретение относится к устройствам для очистки газов от пыли в энергетической, химической, текстильной, строительной, металлургической, горнодобывающей, пищевой и других отраслях промышленности. В частности, оно относится к устройствам центробежного принципа действия, основанных на применении закрученных или вихревых потоков.
Известен вихревой пылеуловитель, содержащий цилиндрический корпус, в верхней части которого расположены осевой вывод очищенного газа и тангенциальный ввод вторичного газа с завихрителем, а в нижней части корпуса расположены ввод первичного газа с размещенным на нем завихрителем, обтекателем и кольцевой отбойной шайбой и цилиндрический сборник большего диаметра. При этом ввод первичного газа имеет подводящую трубу, которая установлена наклонно под углом не менее 147,5°, а соединительный изогнутый участок ее находится ниже цилиндрической части пылесборника (авторское свидетельство СССР №1595570).
Недостатком известного устройства является то, что определенная часть уловленной пыли оседает на поверхности кольцевой отбойной шайбы, а в бункерной части пылеуловителя образуется восходящая циркуляция потоков газа, попавшего в нее вместе с пылью, который устремляется через кольцевой зазор в сепарационную камеру пылеуловителя. В результате происходит перекрытие кольцевого зазора для движения пыли из зоны сепарации в бункерную часть пылеуловителя и пылеуловитель прекращает работу в нормальном режиме.
Известен вихревой пылеуловитель, содержащий цилиндрический корпус, в верхней части которого расположен осевой вывод очищенного газа и тангенциальный ввод очищаемого вторичного потока газа, а в нижней части корпуса расположены ввод очищаемого первичного потока газа с завихрителем и отбойной шайбой, цилиндроконический пылесборник большего диаметра, рециркуляционный вывод газа из пылесборника и патрубок выгрузки уловленной пыли. Патрубки вводов первичного и вторичного потоков газа тангенциально подключены к цилиндрическим элементам пылеуловителя, каждый из них имеют прямоугольное поперечное сечение, отбойная шайба выполнена в виде пустотелого усеченного конуса, большее основание которого обращено вниз и установлено на уровне нижнего конца цилиндрического корпуса с кольцевым зазором между ними, под отбойной шайбой соосно вводу очищаемого первичного потока газа в полости пылесборника установлен цилиндрический короб, открытый сверху и закрытый снизу, полость которого сообщена с полостью рециркуляционного вывода газа (патент RU №2124384).
Недостатком известного пылеуловителя является относительно невысокая эффективность улавливания субмикронных частиц пыли вследствии уноса их в выхлопную трубу радиально стекающим потоком очищенного газа.
Наибольшая скорость радиального потока газа наблюдается непосредственно у нижнего среза выхлопной трубы. Здесь на высоте, равной диаметру выхлопной трубы, стекает до 90% всего газа (German Chem. Eng. V.8, №5, 1985, р.223-233), поэтому радиальный сток газа ослабляет действие центробежной силы и увеличивает сжатие выходящего потока перед входом в выхлопную трубу. Последнее способствует повышению затрат энергии на перемещение газа.
Следовательно, в вихревом пылеуловителе необходимо создать такую аэродинамическую обстановку, при которой в районе нижнего среза выхлопной трубы отсутствовал бы радиальный сток газа, направленный от периферии к центру, и наоборот, имело бы место радиальное течение газа от центра к периферии и, как следствие, существенное уменьшение уноса мелкодисперсной пыли с выходящим очищенным газом. Другими словами, у нижнего среза выхлопной трубы необходимо увеличить расстояние между нисходящим пыленесущим слоем очищаемого вторичного потока и граничной поверхностью центрального восходящего вихря очищенного газа, выходящего в выхлопную трубу, а также обеспечить эжекционный захват микрочастиц пыли из восходящего очищенного потока газа перед входом его в выхлопную трубу нисходящим периферийным вторичным потоком за счет увеличения скорости его движения настолько, чтобы статическое давление в нем на уровне среза выхлопной трубы стало ниже, чем на входе в выхлопную трубу.
Задача состоит в повышении эффективности пылеулавливания.
Техническим результатом является улучшение аэродинамической структуры потоков в сепарационной камере на уровне нижнего среза осевого патрубка вывода очищенного газа.
Технический результат достигается тем, что вихревой пылеуловитель содержит цилиндрический корпус, в верхней части которого расположены осевой вывод очищенного газа и тангенциальный ввод очищаемого вторичного потока газа прямоугольного сечения с завихрителем, а в нижней части корпуса расположены тангенциальный патрубок прямоугольного сечения осевого ввода очищаемого первичного потока газа с завихрителем, обтекателем и отбойной шайбой, цилиндроконическая пылесборная камера большего диаметра, рециркуляционный вывод обеспыленного газа из пылесборника и патрубок вывода уловленной пыли с разгрузочным устройством. На наружной поверхности осевого патрубка вывода очищенного газа ниже завихрителя установлен конический колпак, расширяющийся вниз и отклоняющий закрученный вторичный нисходящий поток очищаемого газа к стенке корпуса от опасной зоны под осевым патрубком вывода очищенного газа.
Предпочтительно, нижний срез конического колпака находится выше нижнего среза осевого патрубка вывода очищенного газа.
Предпочтительно, угол конусности конического колпака установлен таким, чтобы продолжение образующей конуса пересекалось с образующей цилиндрического корпуса в его нижней части на уровне кольцевой отбойной шайбы у входа в кольцевое пылеспускное отверстие.
На фиг.1 представлен общий вид вихревого пылеуловителя; на фиг.2 - структура течения в сепарационной камере вблизи нижнего среза осевого патрубка вывода очищенного газа в режиме, благоприятном для пылеулавливания.
Вихревой пылеуловитель содержит цилиндрический корпус 1, тангенциальный ввод 2 периферийного вторичного потока очищаемого газа с завихрителем 3, осевой патрубок 4 вывода очищенного газа с коническим колпаком 5, центральный ввод очищаемого первичного потока газа 6 с завихрителем 7, обтекателем 8, кольцевой отбойной шайбой 9, патрубок рециркуляции 10 (рециркуляционный вывод обеспыленного газа), цилиндроконическую пылесборную камеру 11 с пылевыгрузочным устройством 12 (разгрузочным устройством) и тангенциальный патрубок 13 ввода первичного потока в центральный ввод 6. Между корпусом 1 в его нижней части и кольцевой отбойной шайбой 9 имеется кольцевое отверстие 14 для транспортировки уловленной пыли в пылесборную камеру 11, а в верхней части между корпусом 1 и коническим колпаком 5 имеется кольцевое отверстие 15 для прохода вторичного потока. Конический колпак 5, установленный на осевом патрубке 4, имеет длину несколько меньшую длины осевого патрубка вывода очищенного газа и угол конусности, обеспечивающий пересечение продолжения его образующей с образующей корпуса 1 в нижней части корпуса у кольцевого отверстия 14.
Вихревой пылеуловитель работает следующим образом. Запыленный газ подается в уловитель двумя потоками - первичным через тангенциальный патрубок 13, центральный ввод 6, завихритель 7 снизу вверх и вторичным периферийным через тангенциальный ввод 2, завихритель 3 сверху вниз. Вторичный поток далее отжимается коническим колпаком 5 к стенке корпуса 1. Оба потока закручены в одну и ту же сторону, но поступательно направлены навстречу друг другу. Под действием центробежных сил в сепарационном пространстве корпуса 1 частицы пыли из первичного восходящего осевого потока перемещаются к стенке корпуса, где попадают в зону вращения нисходящего периферийного потока, истекающего с большой скоростью после завихрителя 3 из кольцевого отверстия 15 между стенками корпуса 1 и конического колпака 5. Скорость вторичного потока увеличивается вследствие сужения кольцевого канала между стенками колпака и корпуса настолько, что статическое давление в нем на уровне нижнего среза осевого патрубка 4 становится ниже, чем на входе в него. Благодаря этому становится возможной рециркуляция (эжекционный захват) самых запыленных периферийных слоев восходящего очищенного осевого вихря нисходящим вторичным потоком. Кроме этого конический колпак способствует отбрасыванию запыленного вторичного газа в сторону от опасной зоны под осевым патрубком 4 и тем самым уменьшает возможность уноса частиц пыли из вторичного потока очищенным выходящим потоком. Нисходящий периферийный вторичный поток по мере продвижения освобождается от пыли, постепенно разворачивается в обратном направлении и, достигнув отбойной шайбы 9, окончательно объединяется с восходящим осевым потоком, вместе с которым и покидает аппарат через осевой патрубок 4. При этом выходящий суммарный поток испытывает влияние зоны циркуляции 16 (фиг.2), под действием которой происходит его доочистка. Часть вторичного потока вместе с пылью через кольцевое отверстие 14 попадает в пылесборную камеру, создавая закрученное течение 17 в ее цилиндрической части, прижимая пыль к ее стенкам. Освобожденный от пыли поток воздуха из пылесборной камеры через патрубок рециркуляции 10 вновь поступает в сепарационное пространство пылеуловителя вместе с первичным потоком
Уловленная пыль из пылесборной камеры периодически удаляется через пылевыгрузочное устройство 12.
Предложенная конструкция вихревого пылеуловителя позволяет реализовать в аппарате режим течения, показанный на фиг.2, который наиболее выгоден с точки зрения эффективности пылеулавливания, причем расход вторичного потока составляет примерно 2/3 общего расхода очищаемого газа, а энергозатраты минимальны.