БАТАРЕЙНЫЙ ЦИКЛОН
BATTERY CYCLONE

Изобретение относится к области отделения дисперсных частиц от газов с использованием инерционных сил, а именно к устройствам для очистки газов от дисперсных примесей, и может быть использовано в теплоэнергетической, химической, строительной и других отраслях промышленности.
Известен батарейный циклон, включающий установленные параллельно противоточные циклонные элементы с общим пылевым бункером /Справочник по пыле- и золоулавливанию // Под ред. М.И.Биргер, А.Ю.Вальдберг, Б.И.Мягков и др. Под общей ред. А.А.Русанова. - 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с./. (С.69).
Недостатком этого устройства является наличие перетоков газов между циклонными элементами и высокая турбулентность в пылевом бункере, препятствующая формированию слоя из частиц, что ведет к понижению эффективности работы батарейного циклона.
Известен батарейный циклон с рециркуляцией потока БЦРН (батарейный циклон с рециркуляцией потока НИИОГАЗа), включающий раздающую камеру с бункером, собирающую камеру очищенного газа, установленные параллельно противоточные конические циклоны с общей золоспускной камерой с бункером, выносным групповым циклоном линии рециркуляции с собственным пылесборником и вспомогательным вентилятором /Мальгин А.Д. Очистка дымовых газов котлов, работающих на фрезерном торфе. - Электрические станции, 1971, №2, с.32-34. Прототип/.
Батарейный циклон состоит из концентратора, вспомогательного дымососа и газоходов системы рециркуляции. Концентратор представляет собой блок циклонных элементов, из пылевыводных отверстий которых концентрат выводится в групповой циклон.
Подлежащий очистке газ под действием разности давлений, создаваемой главным дымососом, поступает в раздающую камеру концентратора и, проходя через циклонные элементы, разделяется на два потока. Очищенный газ поступает в собирающую камеру очищенного газа, откуда отсасывается главным дымососом и направляется в дымовую трубу. Часть газа (6-8%) вместе с отсепарированной пылью под действием разности давлений, создаваемой вспомогательным дымососом, отсасывается из циклонных элементов и поступает в золоспускную камеру. Наиболее крупные фракции пыли осаждаются в бункере золоспускной камеры. Запыленный газ поступает в групповой циклон, в котором происходит отделение пыли. Очищенный в групповом циклоне газ дымососом направляется в раздающую камеру на рециркуляцию. При подводе газа сверху часть крупной фракции частиц под действием сил тяжести и инерции будет осаждаться в бункере раздающей камеры, минуя циклонные элементы.
К недостаткам указанного батарейного циклона следует отнести возможность забивания элементов в конусной части слипающейся пылью, наличие дополнительного дымососа для работы системы рециркуляции, резкое снижение эффективности при выходе из строя дымососа системы рециркуляции, использование в качестве осадителя пыли низкоэффективного группового циклона, что снижает общую эффективность улавливания пыли.
Кроме того, каждый горизонтальный ряд циклонных элементов оказывается под воздействием потока с разной дисперсностью частиц. Поэтому элементы по направлению сверху вниз находятся под разной нагрузкой по пыли. Они отличаются различной круткой потока, сепарирующей способностью и гидравлическим сопротивлением. В результате количество газов, проходящих через последовательно расположенные сверху вниз горизонтальные ряды циклонных элементов, различно. Из-за гидравлической неуравновешенности циклонных элементов возникают перетоки газов через выхлопные патрубки очищенных газов в общей сборной камере очищенного газа. Это приводит к дополнительному повышению затрат энергии на очистку газа.
Поставлена задача - повысить эффективность пылеулавливания батарейного циклона.
Поставленная задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом батарейный циклон включает раздающую камеру, расположенные параллельно противоточные циклонные элементы, соединенные с выносным пылеуловителем, а выхлопные трубы циклонных элементов соединены с собирающей камерой очищенного газа.
Раздающая камера батарейного циклона снабжена присоединенным к ней патрубком ввода с подвижным шибером и осадительной камерой, при этом раздающая и осадительная камеры сообщаются между собой посредством щелей. Противоточные циклонные элементы батарейного циклона выполнены в виде циклонных цилиндрических противоточных пылеконцентраторов, имеющих индивидуальные тангенциальные вводы газов, соединяющиеся с раздающей камерой, выхлопные трубы для вывода очищенного газа и пылевыводные участки, снабженные тангенциальными отводами пылеконцентрата. Тангенциальные отводы пылеконцентрата циклонных элементов соединяются с секционированным коллектором пылеконцентрата, обеспечивающим отвод пылегазового потока в выносные пылеуловители, выполненные в виде одиночных противоточных циклонов. Выхлопные трубы циклонных элементов снабжены улиточными раскручивателями и соединены с собирающей камерой очищенного газа, которая снабжена подвижным шибером. Выносные пылеуловители, выполненные в виде одиночных противоточных циклонов, снабжены транзит-приемниками с затворами, содержащими вертикальные пылевые стояки, а осадительная камера снабжена пылепроводом с затвором. При этом длина транзит-приемника противоточного циклона равна 5-10 его диаметра, диаметр транзит-приемника равен 1,1-1,5 диаметра пылевыводного отверстия противоточного циклона, длина пылеконцентратора равна 1-3 его диаметра.
Далее сущность изобретения поясняется чертежами и таблицами, на которых изображено:
- на фиг.1 - конструкция батарейного циклона, состоящего из двух блоков с зеркально расположенными противоточными циклонными элементами (основной вид);
- на фиг.2 - конструкция батарейного циклона (вид А);
- на фиг.3 - конструкция батарейного циклона (разрез Б-Б);
- на фиг.4 - конструкция батарейного циклона (разрез В-В);
- в табл.1 - эффективность осаждения пыли в зависимости от длины транзит-приемника противоточного циклона;
- в табл.2 - эффективность осаждения пыли в зависимости от длины циклонного цилиндрического противоточного пылеконцентратора;
- в табл.3 - эффективность осаждения пыли в зависимости от количества отводимого в выносной пылеуловитель пылеконцентрата с газом.
Верхний и нижний блок батарейного циклона содержит патрубок ввода 1 с подвижным шибером 2, присоединенный к раздающей камере 3 с осадительной камерой 4 типа инерционный разгрузитель (фиг.3). Раздающая камера 3 и осадительная камера 4 сообщаются между собой посредством щелей 5, 6. К нижней части осадительной камеры 4 прикреплен пылепровод 7, снабженный пылевым затвором 8 (фиг.1). Раздающая камера 3 опоясывает блок параллельно расположенных противоточных циклонных элементов 9, представляющих собой циклонные цилиндрические противоточные пылеконцентраторы, имеющих индивидуальные тангенциальные вводы газов 10, соединяющиеся с раздающей камерой 3, выхлопные трубы для вывода очищенного газа и пылевыводные участки, снабженные тангенциальными отводами пылеконцентрата 11. Тангенциальные отводы пылеконцентрата 11 циклонных элементов соединяются с секционированным коллектором пылеконцентрата 12 (фиг.1). Из секционированного коллектора пылеконцентрата 12 осуществляется отвод пылегазового потока в выносные пылеуловители, выполненные в виде одиночных противоточных циклонов 13, к пылевыводным отверстиям которых прикреплены транзит-приемники 14, снабженные пылевыми затворами 8, содержащими вертикальные пылевые стояки (фиг.1).
Выхлопные трубы для вывода очищенного газа каждого циклонного элемента 9 снабжены улиточными раскручивателями 15 и соединены с собирающей камерой очищенного газа 16, снабженной подвижным шибером 17. Улиточные раскручиватели 15 (фиг.4) предназначены для исключения перетоков газов между циклонными элементами через выхлопные трубы, а подвижный шибер 17 предназначен для регулирования постоянства потоков в выносные пылеуловители 13. Выносные пылеуловители 13, выполненные в виде одиночных противоточных циклонов, снабжены транзит-приемниками с затворами, содержащими вертикальные пылевые стояки, а осадительная камера снабжена пылепроводом с затвором. При этом длина транзит-приемника противоточного циклона равна 5-10 его диаметра, диаметр транзит-приемника равен 1,1-1,5 диаметра пылевыводного отверстия противоточного циклона, длина пылеконцентратора равна 1-3 его диаметра.
Количество отводимого в выносные пылеуловители пылегазового потока составляет 10-20% от общего расхода газов.
Устройство работает следующим образом.
3
Запыленный поток с концентрацией частиц в потоке менее 100 г/м по патрубку 1 ввода с подвижным шибером 2 поступает в раздающую камеру 3, где за счет инерционных сил пыль концентрируется на периферии и с частью потока с большим содержанием частиц через щель 5 поступает в осадительную камеру 4, в которой происходит выделение частиц под действием сил инерции. Патрубок 1 ввода снабжен подвижным шибером 2, предназначенным для регулирования скорости потока в раздающей камере 3, опоясывающей противоточные циклонные элементы. Выделившаяся из газа в осадительной камере 4 пыль поступает в пылепровод 7, снабженный пылевым затвором 8. Неотсепарированная в осадительной камере 4 пыль с частью потока через щель 6 поступает в раздающую камеру 3, где присоединяется к потоку, поступающему через патрубок 1 ввода.
В контуре раздающая камера 3 - щель 5 - осадительная камера 4 - щель 6 - раздающая камера 3 происходит разгрузка потока, формируется циркуляционный поток частиц, поскольку имеющийся «вихревой замок» способствует возвращению частиц, вынесенных из осадительной камеры.
Поток с меньшим содержанием частиц огибает образующую раздающей камеры 3 и перераспределяется между циклонными элементами 9 батарейного циклона. Ввод запыленного потока, освобожденного от крупных частиц, в каждый циклонный элемент 9 из раздающей камеры 3 осуществляется через индивидуальный тангенциальный ввод газов 10. Пыль в циклонных элементах 9 за счет инерционных сил концентрируется на периферии и с частью потока в количестве 10-20% с большим содержанием частиц через тангенциальный отвод пылеконцентрата 11 поступает в секционированный коллектор пылеконцентрата 12, где собирается и отводится в выносные пылеуловители 13, выполненные в виде одиночных противоточных циклонов, к пылевыводным отверстиям которых прикреплены транзит-приемники 14, снабженные пылевыми затворами 8. Пылевые затворы 8 содержат вертикальные пылевые стояки, предназначенные для предотвращения сводообразования и устойчивой выгрузки уловленной пыли.
Очищенный поток из выносных пылеуловителей 13 присоединяется к основному потоку, выходящему из выхлопных труб для вывода очищенного газа циклонных элементов 9. Очищенный в циклонных элементах 9 поток в количестве 80-90% через выхлопные трубы для вывода очищенного газа, снабженных улиточными раскручивателями 15, поступает в собирающую камеру очищенного газа 16, снабженную подвижным шибером 17. К этому потоку присоединяется поток в количестве 10-20% из выносных пылеуловителей 13. Подвижный шибер 17 собирающей камеры очищенного газа 16 предназначен для регулирования расхода количества пылеконцентрата, отводимого в выносные пылеуловители 13.
Применение в качестве циклонных элементов 9 батарейного циклона циклонных цилиндрических противоточных пылеконцентраторов позволяет повысить перепад давления между зонами очищенного газа и вывода пылеконцентрата и использовать его для вывода пылеконцентрата в выносные пылеуловители. В этом случае дополнительный дымосос не требуется.
В транзит-приемниках 14 выносных пылеуловителей 13, выполненных в виде одиночных противоточных циклонов, происходят 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 противоточных циклонов длиной от 5 до 10 диаметров транзит-приемника, а диаметр транзит-приемника находится в диапазоне 1,1-1,5 диаметра пылевыводного отверстия противоточного циклона. При таких соотношениях движение пыли происходит до конца транзит-приемника.
Уловленная в батарейном циклоне пыль поступает в систему пыле-золоудаления.
В БЦРН окончательное выделение частиц из потока осуществляется в групповом циклоне, обладающем низкой эффективностью пылеулавливания. По этой причине очищенные в групповой циклоне газы отправляются в систему рециркуляции. Для повышения общей эффективности предлагается окончательное улавливание частиц проводить в высокоэффективных одиночных противоточных конических циклонах типа СК-ЦН-34 или ЦН-11 /Циклоны НИИОГАЗ. Руководящие указания по проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации. - Ярославль, 1970. - 95 с./. Это позволяет отводить очищенные в выносных одиночных противоточных циклонах газы в собирающую камеру очищенного газа батарейного циклона, тем самым исключив схему с рециркуляцией газов. Используя подвижный шибер 17 собирающей камеры очищенного газа 16, можно регулировать количество газов, проходящих через выносные циклоны и, следовательно, поддерживая их высокую эффективность.
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 циклонного цилиндрического противоточного пылеконцентратора диаметром 200 мм. При испытаниях использовалась пыль цемента марки М400. Цилиндрический пылеконцентратор представлял собой набор стыкующихся между собой колец, позволяющих изменять длину от 100 до 600 мм с шагом 100 мм. В выносной противоточный конический циклон СК-ЦН-34 диаметром 90 мм отводилось 19% потока газа с пылеконцентратом. Определение расхода газа через выносной циклон определялось по известному коэффициенту гидравлического сопротивления. Очищенный в цилиндрическом пылеконцентраторе поток поступал в рукавный фильтр. Определение эффективности проводилось путем измерения количества подаваемой пыли, уловленной пыли и привеса рукавного фильтра.
В работе проводилось определение эффективности концентрирования пыли в противоточном пылеконцентраторе в зависимости от длины цилиндрической части.
Результаты проведенных испытаний приведены в табл.2.
При значениях длины менее 1 диаметра происходит быстрая перестройка потока на входе в пылеконцентратор, что приводит к повышенному уносу материала. При значениях длины пылеконцентратора более 3 диаметров наблюдается снижение крутки потока в аппарате, что приводит к зависанию материала в корпусе аппарата.
Таким образом, длина циклонного цилиндрического противоточного пылеконцентратора должна составлять от 1 до 3 диаметров, если за калибр взять диаметр цилиндрического пылеконцентратора.
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 - наблюдается 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 циклонного цилиндрического противоточного пылеконцентратора диаметром 200 мм. Длина цилиндрической части пылеконцентратора составляла 400 мм. При испытаниях использовалась пыль цемента марки М400. В работе проводилось сравнение общей эффективности осаждения в зависимости от количества отводимого в выносной противоточный конический циклон газа с пылеконцентратом. В работе использовался выносной противоточный конический циклон СК-ЦН-34 диаметром 90 мм. 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. Результаты проведенных испытаний представлены в табл.3.
Таким образом, количество отводимого в выносной противоточный конический циклон газа с пылеконцентратом должно составлять не менее 10-20%.
Пример 5
3
В лабораторных условиях проводилось испытание модели предлагаемого устройства. Производительность установки составляет 3000 м/час, плотность температура воздуха в помещении лаборатории 22°С, гидравлическое сопротивление 2200 Па. При испытаниях использовалась пыль цемента марки М 400. В качестве пылеконцентраторов использовались четыре противоточных цилиндрических пылеконцентратора диаметром 200 мм и длиной 400 мм. В выносной противоточный конический циклон СК-ЦН-34 диаметром 300 мм отводилось 19% потока газа с пылеконцентратом от каждого пылеконцентратора. Определение расхода газа через выносной циклон определялось по известному коэффициенту гидравлического сопротивления. Очищенный в батарейном циклоне поток поступал в рукавный фильтр. Определение эффективности проводилось путем измерения количества подаваемой пыли, уловленной пыли и привеса рукавного фильтра.
Результаты проведенных испытаний показали, что эффективность одиночного пылеконцентратора аналогична эффективности пылеуловителя в батарейном исполнении и составляет 97%. Для снижения гидравлического сопротивления установки было принято решение установить улиточные раскручиватели на выхлопную трубу каждого циклонного пылеконцентратора для исключения перетоков очищенных газов через выхлопные трубы. После выполнения данного мероприятия гидравлическое сопротивление установки снизилось до 1900 Па.
Технический результат изобретения - повышение эффективности пылеулавливания батарейного циклона за счет применения индивидуального отвода пыли от каждого циклонного элемента и индивидуального раскручивателя очищенных газов, что исключает образование перетоков газов между элементами, использования в качестве последней ступени пылеулавливания более эффективных одиночных противоточных конических циклонов. Изобретение позволяет снизить содержание частиц в очищенном газе в 2-3 раза.
Таблица 1
Длина транзит-приемника циклона, мм
100
150
300
Эффективность, %
87
95
96
Таблица 2
Длина концентратора, мм
100
200
300
400
500
600
Эффективность противоточного концентратора, %
90
94
96
97
96
95
Таблица 3
Количество отводимо газа, %
7
9
16
19
22
Эффективность, %
84
91
93
97
97