ЦИКЛОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ
CYCLONE ELEMENT

Изобретение относится к области пылеулавливания и может быть применено в элементах батарейного циклона (мультициклона) для сухой очистки запыленного газа или воздуха в строительной, химической, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности.
Одним из наиболее распространенных видов оборудования для сухой очистки газов являются батарейные циклоны (мультициклоны), основными составляющими которых являются циклонные элементы. [Страус В. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. - М.: Химия, 1981. - стр. 291-295]
Известны циклонные элементы с тангенциальным либо спиральным вводом газов с улиточными завихрителями. [Д. И. Мисюля, В. В. Кузьмин, В. А. Марков, Сравнительный анализ технических характеристик циклонных пылеуловителей, УДК 621.928.37+621.928.93. Труды БГТУ. 2012. №3. Химия и технология неорганических веществ, стр. 154-162]; [авт.свид. RU №2112602 кл. В04С 5/28, 1998]
Несмотря на их довольно широкое использование в промышленности, они практически не применяются в конструкциях батарейных циклонов из-за сложности обеспечить равномерное распределение газовых потоков к входным патрубкам при большом количестве циклонных элементов, что приводит к резкому снижению эффективности пылеулавливания. Кроме того, монолитная конструкция таких циклонных элементов не позволяет производить замену его отдельных изношенных частей, а требует полного демонтажа и замены всей конструкции.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является циклонный элемент с осесимметричным вводом по направляющим лопаткам, содержащий цилиндроконический корпус, установленную в трубной решетке выхлопную трубу, образующую с корпусом кольцевой зазор и установленный в нем лопастной завихритель, лопасти которого имеют неразъемное соединение с выхлопной трубой, [авт.свид. СССР №423515 кл. В04С 5/12, 1972]; [авт. свид. SU №1005931 кл. В04С 5/12, 1981]; [Алиев Г. М-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. Металлургия. Москва. 1986. - стр. 110-125]
Очевидно, что такая конструкция циклонных элементов позволяет применять их в конструкциях батарейных циклонов значительно большей производительности в сравнении с циклонными элементами с улиточными завихрителями.
Несмотря на преимущества описанного выше циклонного элемента, принятого в качестве прототипа, конструкция лопастного завихрителя с лопастями совмещенными с выхлопной трубой приводит к сближению пограничных слоев нисходящего (грязного) и восходящего (чистого) газовых потоков и, как следствие, к увеличению вторичного пылеуноса и снижению эффективности пылеулавливания. Кроме того, неразъемное соединений завихрителя с выхлопной трубой не позволяет производить замену изношенных частей по отдельности, что значительно снижает ремонтопригодность всей конструкции.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача создания циклонного элемента, обеспечивающего более высокую эффективность пылеулавливания и возможность индивидуальной замены отдельных его элементов по мере их изнашивания без необходимости полного демонтажа и замены всего устройства.
Поставленная задача решается тем, что в циклонном элементе, содержащем цилиндроконический корпус, установленную в трубной решетке выхлопную трубу, образующую с корпусом кольцевой зазор и установленный в нем лопастной завихритель, лопасти которого имеют неразъемное соединение с выхлопной трубой, согласно заявке лопастной завихритель выполнен в виде съемного элемента, обечайка которого выполнена в виде усеченного конуса с углом наклона относительно выхлопной трубы 6…8 градусов, а выхлопная труба снабжена съемными упорами для фиксации лопастного завихрителя в рабочем положении и уплотнительным фланцем, который обеспечивает разъемное газоплотное соединение выхлопной трубы с трубной решеткой.
Заявляемое изобретение показана на чертежах фиг. 1; фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 1 изображен общий вид заявляемого циклонного элемента в разрезе. На фиг. 2 изображен узел установки съемного лопастного завихрителя на выхлопной трубе (узел «А» на фиг. 1). На фиг. 3 изображен общий вид лопастного завихрителя в аксонометрической проекции.
Заявляемый циклонный элемент содержит цилиндроконический корпус 1, установленную в трубной решетке 2 выхлопную трубу 3, образующую с корпусом кольцевой зазор и установленный в нем лопастной завихритель 4. Лопастной завихритель 4 выполнен в виде отдельного съемного элемента, обечайка которого выполнена в виде усеченного конуса с углом наклона относительно выхлопной трубы 6…8 градусов, что позволяет развести пограничные слои нисходящего (грязного) и восходящего (чистого) газовых потоков и, как следствие, уменьшить вторичный пылеунос и повысить эффективность пылеулавливания. Выхлопная труба 3 снабжена съемными упорами 5 для фиксации лопастного завихрителя 4 в рабочем положении и уплотнительным фланцем 6, который обеспечивает разъемное газоплотное соединение выхлопной трубы 3 с трубной решеткой 2.
Таким образом, исполнение лопастного завихрителя 4 в виде съемного элемента значительно повышает ремонтопригодность циклонных элементов и сокращает затраты на их ремонты и обслуживание, а исполнение обечайки лопастного завихрителя в виде усеченного конуса с углом наклона относительно выхлопной трубы 6…8 градусов позволяет обеспечить более высокую степень пылеулавливания.
Заявляемый циклонный элемент работает следующим образом.
Запыленный газовый поток поступает в кольцевой зазор между корпусом 1 и выхлопной трубой 3, где с помощью завихрителя 4 приобретает вращательное движение. Более плотные частицы пыли под действием инерционных сил (центробежной, кориолисовой и др.) сепарируются на внутренние стенки корпуса 1. При этом, частицы пыли массой m, вращающиеся со скоростью ω на расстоянии R от оси циклонного элемента, выбрасывает к стенкам корпуса центробежная сила величиной:
2
1
2
1
В соответствии с приведенной выше формулой на степень улавливания пыли в циклонном элементе оказывает влияние путь, проходимый пылинками в радиальном направлении. Пылинки, которые при входе в циклонный элемент радиуса R, находились около выхлопной трубы 3 радиуса R, проходят наиболее длинный путь в радиальном направлении к стенкам корпуса 1, равный R-R. Таким образом, при отклонении газового потока на большее расстояние от выхлопной трубы 3 с помощью конусной обечайки завихрителя 4 путь, проходимый пылинками в радиальном направлении к стенкам корпуса 1 сокращается, следовательно, улучшаются и условия для их осаждения.
Отсепарированная к стенкам корпуса 1 пыль движется вместе с вращающимся нисходящим газовым потоком к пылевыпускному отверстию корпуса, а очищенный от пыли газовый поток меняет направление движения на 180 градусов и переходит в восходящий поток, направленный к выхлопной трубе 3. По мере движения этого потока вверх (в сторону нижнего отверстия выхлопной трубы 3) к нему постепенно присоединяются порции газа, отделяющиеся от внутренней части нисходящего вихря, что приводит к увеличению пылевыноса в выхлопную трубу 3. Новая конструкция лапастного завихрителя 4, обечайка которого выполнена в виде усеченного конуса с углом наклона относительно выхлопной трубы 6…8 градусов позволяет развести эти потоки в радиальном направлении, что значительно снижает эффект вторичного пылевыноса и обеспечивает более высокую степень пылеулавливания заявляемого циклонного элемента.