УСТРОЙСТВО ЦИКЛОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ

Полезная модель относится к устройству циклонного разделения, используемого для очистки воздуха, дымовых, промышленных и выхлопных газов от твердых загрязнителей в поле действия центробежных сил и сил электрического взаимодействия, может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, топливно-энергетической и других отраслях промышленности, в частности может быть использована для очистки отработавших газов дизеля от сажи.
Известен циклон, состоящий из вертикального цилиндрического корпуса с коническим днищем и крышкой, входного патрубка, установленного тангенциально в верхней части корпуса, выхлопной трубы, установленной осесимметрично с цилиндрическим корпусом на крышке, и патрубка для отвода уловленной пыли в нижней части конического днища, дополнительно в выхлопной трубе, закрепленной на кольце из диэлектрического материала, установлен трубчатый осадительный электрод с возможностью вертикального перемещения, присоединенный к механизму встряхивания, а осесимметрично с трубчатым осадительным электродом установлен коронирующий электрод [Патент РФ №2331481, МПК: B04C 9/00, опубл. 20.08.2008 г. авторы: Голованчиков А.Б., Дородникова И.М., Дулькина Н.А. и др., «Циклон», Бюл. №23].
Недостатком технического решения является низкая степень очистки газа от твердых загрязнителей за счет того, что при накоплении пыли в циклоне для его очистки необходимо прекращение подачи в него пылегазового потока, что приводит к прерыванию процесса очистки.
Известно устройство циклонного разделения, содержащее первый модуль циклонного разделения с, по меньшей мере, одним первым циклоном и кольцевой камерой сбора пыли, второй модуль циклонного разделения с несколькими параллельно установленными вторыми циклонами и цилиндрической камерой сбора пыли, расположенный ниже по потоку относительно первого модуля циклонного разделения, и третий модуль циклонного разделения с несколькими параллельно установленными третьими циклонами и кольцевой камерой сбора пыли, расположенный ниже по потоку относительно второго модуля циклонного разделения [Патент РФ №2411900, МПК: A47L 9/16, опубл. 20.02.2011 г., авторы Кортни Стивен Бенджамин, Дайсон Джеймс, «Устройство циклонного разделения», Бюл №5].
Недостатком данного устройства является низкая степень очистки.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение степени очистки воздушных или газовых сред от твердых загрязнителей.
Технический результат достигается тем, что в устройстве циклонного разделения, содержащем общий корпус, входной и выходной патрубки, первый модуль циклонного разделения с кольцевой камерой сбора пыли, второй модуль циклонного разделения с несколькими параллельно установленными вторыми циклонами и цилиндрической камерой сбора пыли, расположенный ниже по потоку относительно первого модуля циклонного разделения, и третий модуль циклонного разделения с несколькими параллельно установленными третьими циклонами и кольцевой камерой сбора пыли, расположенный ниже по потоку относительно второго модуля циклонного разделения, причем количество вторых циклонов больше, чем количество первых циклонов, и количество третьих циклонов больше, чем количество вторых циклонов и циклоны каждого последующего модуля имеют меньший угол развертки конуса, чем предыдущий, входной патрубок выполнен осевым и расположен снизу устройства по центру, углублен до цилиндрической части первого модуля циклонного разделения, который выполнен из не менее двух циклонов цилиндро-конической формы, во внутренней полости корпуса каждого из циклонов второго модуля разделения дополнительно размещены по концентрическим окружностям не менее четырех коронирующих электродов с разноименными потенциалами, полярность которых чередуется по ходу движения газа и они закреплены к крышке корпуса посредством изоляторов, во внутренней полости корпуса каждого из циклонов третьего модуля разделения дополнительно размещены по концентрическим окружностям не менее двух коронирующих электродов с одноименными потенциалами, которые закреплены к крышке корпуса посредством изоляторов, и осадительный электрод, который в свою очередь закреплен к внутренней части корпуса через изолирующую пластину. Коронирующие электроды выполнены в виде стержней диаметром 0,5-3 мм и с продольными ребрами в количестве не менее трех, а осадительные электроды выполнены в виде трубок цилиндро-конической формы толщиной 1-3 мм.
Выполнение входного патрубка осевым, снизу устройства по центру позволяет равномерно распределить газовый (воздушный) поток по циклонам первого модуля разделения, за счет чего снизится гидравлическое сопротивление устройства и следовательно повысится степень очистки. Дополнительное размещение по концентрическим окружностям коронирующих электродов с разноименными потенциалами в корпусе каждого из циклонов второго модуля разделения позволит повысить степень очистки устройства, за счет коагуляции сажи, вызванной посредством биполярного коронного разряда. Дополнительное размещение по концентрическим окружностям в корпусе каждого из циклонов третьего модуля разделения коронирующих электродов с одноименными потенциалами и осадительного электрода позволит повысить степень очистки устройства за счет осаждения частиц, вызванного посредством униполярного коронного разряда. Выполнение коронирующих электродов в виде стержней диаметром 0,5-3 мм и с продольными боковыми ребрами позволит повысить мощность коронного разряда, а следовательно повысить степень очистки устройства в целом. Выполнение осадительного электрода в виде трубки цилиндро-конической формы толщиной 1-3 мм позволит повысить эффект осаждения загрязняющих частиц во всем объеме циклонов третьего модуля разделения, следовательно повысить их степень очистки и степень очистки устройства в целом.
На фиг. 1 показано устройство циклонного разделения, общий вид в разрезе; на фиг. 2 изображен разрез Α-A фиг. 1; на фиг. 3 показаны схемы подключения электродов циклонов второго модуля разделения; на фиг. 4 показаны схемы подключения электродов циклонов третьего модуля разделения.
Устройство циклонного разделения состоит из главного корпуса 1, с осевым входным патрубком 2, кольцевой камеры сбора шлама 3, первого модуля циклонного разделения 4, второго модуля циклонного разделения 5, изоляторов 6, разнополярных коронирующих электродов 7, третьего модуля циклонного разделения 8, одинополярных коронирующих электродов 9, изолирующей пластины 10, осадительного электрода 11, крышки корпуса 12 с выходным патрубком 13. Устройство циклонного разделения работает следующим образом.
Очищаемый газ поступает в устройство циклонного разделения через осевой входной патрубок 2, который расположен в нижней части главного корпуса 1. Такое расположение входного патрубка обеспечивает компактность и удобство размещения разработанного устройства, например, на выхлопной трубе тепловозного дизеля. Выйдя из входного патрубка 2, газовый поток распределяется по циклонам первого модуля разделения 4. Первый модуль циклонного разделения 4 содержит не менее двух одинаковых циклонов цилиндро-конической формы с тангенсальным подводом газа. Попадая в циклоны первого модуля разделения газовый поток закручивается и движется вниз по спирали. Под действием цетробежных сил твердые загрязняющие частицы отбрасываются к стенкам корпуса циклонов, теряют свою кинетическую энергию и падают в кольцевую камеру сбора шлама 3. В результате газ очищается от самых крупных частиц сажи. Далее поток газа идет вверх по ступеням очистки и попадает в циклоны второго модуля разделения 5. Второй модуль разделения 5 содержит не меннее четырех циклонов цилиндро-конической формы с тангенсальным подводом газа. Дополнительно к крышке каждого циклона второго модуля разделения через изоляторы 6 прикреплены не менее четырех разнополярных коронирующих электродов 7. Разнополярные электроды размещены по концентрическим окружностям и их полярность чередуется по ходу движения газа. Для более эффективного заряда твердых частиц коронирующие электроды выполнены в виде стержней диаметром то 0,5-3 мм и с продольными ребрами в количестве не менее трех. При подаче высокого постоянного напряжения на электроды 7, между ними создается биполярный коронный разряд. В зависимости от знака приложенного напряжения на электродах 7 будут существовать разные коронные разряды. Перенос заряда осуществляется ионами разных знаков, заряд которых взаимно компенсируется в центральной части разряда. При прохождении газа область биполярного коронного разряда, твердые загрязняющие частицы приобретают положительный и отрицательный заряд вблизи соответствующего электрода. В дальнейшем отрицательно и положительно заряженные частицы двигаются навстречу друг к другу, слипаются и укрупняются. Под действием центробежных сил происходит более интенсивное слипание и укрупнение частиц. Более крупные частицы легче подвергаются воздействию центробежных сил. Пойманные частицы попадают в кольцевую камеру сбора шлама 3. Степень очистки циклонов второго модуля разделения выше, чем у циклонов первого модуля разделения. Далее поток газа идет вверх по ступеням очистки и попадает в циклоны третьего модуля разделения 8. Третий модуль разделения 8 содержит не менее девяти циклонов цилиндро-конической формы с тангенсальным подводом газа. Дополнительно к крышке каждого циклона третьего модуля разделения через изоляторы прикреплены не менее двух однополярных коронирующих электродов 9. Электроды размещены по концентрическим окружностям и их полярность одинакова. Также внутри корпуса каждого циклона третьего модуля разделения дополнительно расположен осадительный электрод 11, который выполнен в виде трубки цилиндро-конической формы толщиной 1-3 мм. Для безопасности осадительный электрод отделен от корпуса циклонов изолирующей пластиной 10. При подаче высокого постоянного напряжения на электроды 9, между ними и осадительным электродом 11 создается униполярный коронный разряд. При прохождении газа область униполярного коронного разряда, твердые загрязняющие частицы приобретают положительный или отрицательный заряд вблизи коронирующих электродов и прилипают к осадительному электроду. По мере работы, через некоторые промежутки времени, требуется снимать напряжение с электродов, в результате чего все прилипшие частицы упадут в кольцевую камеру сбора шлама 3. Степень очистки циклонов третьего модуля разделения выше, чем степень очистки циклонов второго модуля разделения. Циклоны каждого последующего модуля разделения имеют меньшие размеры и меньший угол развертки чем циклоны предыдущего модуля разделения. Ось циклонов всех модулей разделения может быть как параллельно оси всего устройства, так и находиться под некоторым углом к ней (для компактности конструкции). После прохождения всех трех модулей циклонного разделения очищенный газ выходит в атмосферу через патрубок 13, размещенный в центре крышки 12 всего устройства.
Предлагаемое устройство циклонного разделения позволит достигнуть устранения до 99,9% всех твердых загрязнителей, содержащихся в воздушном или газовом потоке.