МУЛЬТИВИХРЕВОЕ УСТРОЙСТВО С СЕПАРАЦИОННОЙ СПИРАЛЬЮ

Полезная модель предназначена для сухой очистки газовых потоков от твердых мелкодисперсных частиц и может найти применение в химической, нефтяной, строительной, газовой и других отраслях промышленности.
Известен пылеуловитель-классификатор, состоящий из корпуса, в верхней части которого размещены спиральный входной патрубок и патрубок для ввода встречного воздушного потока, снабженный задвижкой для регулирования расхода воздуха [см. патент RU 153516, B01D 45/04, В04С 5/103, 2015]. В нижней части корпуса размещено наклонное днище, содержащее патрубок отвода крупной фракции пыли и патрубок отвода средней фракции пыли. По оси корпуса пылеуловителя-классификатора расположены: установленный на наклонном днище приемный цилиндр второй ступени очистки газа, навстречу которому закреплен экран цилиндрической формы; приемный цилиндр третьей ступени очистки газа, соединенный с коническим днищем, на котором установлен патрубок отвода мелкой фракции пыли; выходной патрубок, направленный вверх. В кольцевом пространстве между приемным цилиндром третьей ступени очистки газа и выходным патрубком установлены неподвижные лопасти.
Недостатками устройства являются: низкая эффективность пылеулавливания, сложность конструкции и управления процессом пылеулавливания и, как следствие, невысокая степень надежности работы пылеуловителя-классификатора.
Известен воздушный центробежный классификатор [см. патент RU 100434, В07В 7/ 083, 2010], содержащий наружный цилиндроконический корпус с крышкой, выполненной воронкообразной с выходным отверстием, расположенным вверх, патрубком для вывода мелкой фракции вместе с воздушным потоком, расположенным на крышке, и патрубком для вывода крупной фракции, расположенным в нижней части корпуса, внутренний цилиндроконический корпус со слабоконической крышкой, установленной вершиной вверх с образованием с ним кольцевой щели, и патрубком для вывода крупной фракции, расположенным в нижней части корпуса, лопатки, расположенные равномерно между цилиндрическими участками наружного и внутреннего корпусов и снабженные механизмами фиксированного поворота вокруг горизонтальных осей, и трубу для подачи исходного материала вместе с воздушным потоком, расположенную в нижней части наружного корпуса.
Недостатком аналога является невысокая чистота осаждаемой фракции, использование разрежения для отвода очищенного газового потока и невысокое качество сепарации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пылеуловитель-классификатор с соосно расположенными трубами [см. патент RU 201604, B01D 45/04, В04С 5/103, 2020], содержащий корпус, осевую трубу входа газопылевого потока с его подачей сверху пылеуловителя, экран, приемный бункер для сбора пыли и патрубок вывода очищенного газа. На противоположном конце осевой трубы входа газопылевого потока установлено коническое днище для выгрузки сыпучего материала, при этом в нижней части цилиндрической трубы выполнены прорези прямоугольной формы, экран представляет собой поперечную перегородку, установленную в кольцевом пространстве пылеуловителя-классификатора между корпусом и осевой трубой, в поперечной перегородке выполнены равноудаленные радиальные отверстия в четном количестве, причем прорези прямоугольной формы выполнены напротив площадки, расположенной между соседними отверстиями поперечной перегородки, при этом перегородка расположена строго над прямоугольными прорезями, кроме того, патрубок вывода очищенного газа находится в верхней части корпуса. Сечение для прохода газа на всем пути преодоления сопротивлений остается неизменным, обеспечивая тем самым равнопроточность потоку газа.
Недостатком прототипа является невысокая степень сепарации мелкодисперсных частиц размером менее 30 мкм из запыленного газового потока вследствие их частичного уноса восходящим потоком в межтрубном пространстве.
Задачей полезной модели является разработка устройства для эффективной очистки запыленного газа от мелкодисперсных частиц с размером менее 30 мкм, в котором устранены недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом является увеличение сепарационной эффективности устройства, снижение уноса мелкодисперсных частиц восходящим потоком газа в кольцевом пространстве.
Технический результат достигается мультивихревым устройством с сепарационной спиралью, содержащим цилиндрический корпус, осевую трубу входа газопылевого потока с расположенными в нижней части прямоугольными прорезями, экран, выполненный в виде поперечной перегородки в кольцевом пространстве устройства между корпусом и осевой трубой с равноудаленными радиальными отверстиями, размещенными выше прямоугольных прорезей, приемный бункер. На внутренней стенке корпуса закреплена сепарационная спираль, образующая множество полостей между металлическими витками в кольцевом пространстве устройства между корпусом и осевой трубой, при этом верхний конец цилиндрического корпуса закрыт экраном с отверстиями, обеспечивая вывод очищенного газа.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, на которой изображен общий вид мультивихревого устройства с сепарационной спиралью в разрезе.
Цифрами на чертеже обозначены:
1 - цилиндрический корпус;
2 - осевая труба входа газопылевого потока;
3 - экран;
4 - отверстия радиальные;
5 - прямоугольные прорези;
6 - приемный бункер;
7 - сепарационная спираль.
Мультивихревое устройство с сепарационной спиралью содержит цилиндрический корпус 1, в который вставлена осевая труба входа газопылевого потока 2, соединенные между собой с помощью экрана 3, выполненного в виде поперечной перегородки в кольцевом пространстве устройства между корпусом 1 и осевой трубой 2 с равноудаленными радиальными отверстиями 4, размещенными выше прямоугольных прорезей 5, приемный бункер 6. На внутренней стенке корпуса 1 закреплена сепарационная спираль 7, образующая множество полостей между металлическими витками в кольцевом пространстве устройства между корпусом 1 и осевой трубой 2. При этом верхний конец цилиндрического корпуса 1 закрыт экраном 3 с отверстиями 4, которые за счет места своего расположения обеспечивают вывод очищенного газа из устройства. Верхний и нижний концы (отверстия) осевой трубы 2 открыты. Сепарационная спираль 7 выполнена по всей высоте внутренней цилиндрической стенки корпуса 1 с одинаковым шагом.
Предлагаемое устройство с сепарационной спиралью для очистки газов работает следующим образом.
Запыленный газовый поток с различной дисперсностью поступает сверху устройства во внутреннюю часть осевой трубы 2 и движется вниз. Достигая прорезей прямоугольной формы 5, выполненных в нижней части трубы 2, газопылевой поток резко меняет свое направление на 180°. При этом за счет сил инерции, возникающих при изменении направления движения запыленного потока газа на противоположное, частицы пыли крупной фракции осаждаются и поступают в приемный бункер для сбора пыли 6 через нижний конец осевой трубы 2. При выходе газопылевого потока из каждой прямоугольной прорези 5, он разбивается на две одинаковых составляющих этого потока, которые начинают вращаться в кольцевом зазоре между корпусом 1 и трубой 2, в направлении противоположном друг другу. Таким образом, каждая прорезь прямоугольной формы 5, выполненная в трубе 2, формирует два равномерных вихревых потока, вращающихся в небольшом кольцевом зазоре с малыми радиусами вихрей. Это позволяет создавать высокие значения центробежных сил в устройстве при относительно невысоких скоростях газопылевого потока.
Далее мелкодисперсные, средние и оставшиеся крупные частицы пыли за счет сил, возникающих во вращающемся газопылевом потоке, смещаются от центра к периферии вихревых структур и опускаются вниз к приемному бункеру для сбора пыли 6. Сепарационная спираль 7 на внутренней цилиндрической стенке корпуса 1 позволяет снизить унос мелко- и среднедисперсных частиц восходящим потоком газа в периферийной области кольцевого пространства, в которую сепарируются частицы пыли из газа при вращательном движении вихревой структуры. Множество витков спирали 7 образуют многоступенчатую систему сепарационных элементов по всей высоте внутреннего пространства корпуса 1. Между витками сепарационной спирали 7 образуются застойные зоны, по которым мелкодисперсные и средние частицы постепенно седиментируют в приемный бункер для сбора пыли 6.
Очищенный газовый поток движется преимущественно в центральной зоне вихревых структур снизу-вверх и, достигая экрана 3, происходит дополнительное разделение и очистка газового потока за счет того, что диаметр отверстий 4 меньше ширины межтрубного пространства между корпусом 1 и осевой трубой 2. Таким образом, очищенный от крупных, средних и мелких частиц газ проходит в центральную часть радиальных отверстий 4, а запыленный газовый поток, ударяясь о внутреннюю поверхность экрана 3, выбивает оставшиеся твердые частицы, направляя их в бункер 6.
В предлагаемом мультивихревом устройстве с сепарационной спиралью для очистки газов по сравнению с прототипом достигается более высокая эффективность сепарации мелкодисперсных твердых частиц из запыленного потока размером менее 30 мкм. Это обеспечивается за счет использования сепарационной спирали, которая закреплена на внутренней цилиндрической стенке осевой трубы устройства, позволяющая снизить унос мелко- и среднедисперсных частиц восходящим потоком газа в периферийной области межтрубного пространства, в которую сепарируются частицы пыли из газа при вращательном движении вихревой структуры в межтрубном пространстве. Кроме того, множество витков спирали образуют многоступенчатую систему сепарационных элементов по высоте межтрубного пространства. Между витками сепарационной спирали образуются застойные зоны, по которым мелко- и средние частицы постепенно седиментируют в приемный бункер для сбора пыли. Открытый нижний конец осевой трубы способствует интенсификации эффективности сепарации средне- и крупнодисперсных частиц из запыленного газа в виду увеличения объемов запыленного газа, проходящих через данное отверстие, следовательно, временная длительность протекания сепарационного процесса в проточной области устройства увеличивается. Экран, закрывающий с верхней части корпуса кольцевое пространство между корпусом и осевой трубой, за счет имеющихся в нем радиальных отверстий используется для вывода очищенного газа, улучшает упорядоченность вихревой структуры по высоте устройства относительно прототипа, что поддерживает высокие центробежные силы, которые создаются при вращении газа в кольцевом пространстве между корпусом и осевой трубой. Проведенные численные исследования, показывают, что эффективность сепарации твердых частиц размером более 5 мкм из запыленного воздушного потока составляет в среднем 89,2%.
Таким образом, в предлагаемом мультивихревом устройстве с сепарационной спиралью создаются высокие значения центробежных сил за счет использования множества равномерных вихревых структур с малыми радиусами вихрей в поперечном сечении аппарата, которые позволяют снизить окружную скорость газопылевого потока с сохранением высокой эффективности сепарации твердых частиц. При этом наличие сепарационной спирали, закрепленной на внутренней цилиндрической стенке внешней трубы устройства, позволяет снизить унос мелко- и среднедисперсных твердых частиц восходящим потоком, следовательно, повысить эффективность сепарации гранулометрических фракций различной дисперсности.