ПЫЛЕОТДЕЛИТЕЛЬ
DUST SEPARATOR

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 пылеотделитель типа СК-ЦН-34 или СК-ЦН-34М, представляющий собой высокоэффективный конический противоточный циклон /Циклоны НИИОГАЗ. Руководящие указания по проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации. - Ярославль, 1970. - 95 с./.
3
Недостатком этого устройства является неустойчивая работа при колебаниях дисперсности и концентрации частиц в потоке, поступлении запыленного потока с концентрацией частиц более 10 г/м, что ведет к понижению эффективности его работы, забиванию пылевыводного отверстия циклона, зависанию материала в корпусе циклона, выводу устройства из работы.
Известен пылеотделитель (матрешка), включающий цилиндроконический противоточный циклон с размещенным внутри его выхлопного патрубка высокоэффективным коническим противоточным циклоном / Коузов П.А., Мальгин А.Д., Скрябин Г.М. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности. - Л.: Химия, 1982. - 256 с./ (С.41, 48).
Недостатком этого устройства является низкая эффективность.
Известен пылеотделитель - двойной циклон / 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 изд. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с./ (С.57) - прототип. Пылеотделитель содержит улиточный закручиватель и патрубок ввода, сообщающиеся между собой посредством щели, осесимметрично расположенные осевые патрубки вывода очищенного газа. На криволинейной стенке улиточного закручивателя выполнена щель, сообщающаяся с выносным цилиндроконическим противоточным циклоном, размещенным снаружи корпуса, снабженным осевым патрубком вывода очищенного газа, соединяющимся с одним из осевых патрубков вывода очищенного газа улиточного закручивателя.
Недостатком этого устройства является низкая эффективность улиточного закручивателя, представляющего собой улиточный пылеконцентратор. Отвод части потока с пылеконцентратом из улиточного закручивателя осуществляется в среднеэффективный цилиндроконический циклон, который затем присоединяется к основному потоку, т.е. отсутствует вторая ступень сепарации, в которой могла бы использоваться крутка потока и осуществлялась эффективная очистка газа.
Поставлена задача усовершенствовать конструкцию пылеотделителя с целью повышения эффективности и устойчивости его работы при колебаниях дисперсности и концентрации частиц в запыленном потоке.
Поставленная задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом пылеотделитель включает улиточный закручиватель и патрубок ввода, щель, расположенную на криволинейной стенке улиточного закручивателя.
Согласно изобретению пылеотделитель снабжен патрубком ввода с шибером, осесимметрично расположенным осевым патрубком вывода газа, щелью с шибером, расположенную на криволинейной стенке улиточного закручивателя, сообщающуюся с размещенным снаружи корпуса выносным противоточным циклонным разгрузителем, к осевому патрубку вывода очищенного газа которого присоединен раскручиватель, который соединен с улиточным закручивателем посредством газохода и щели с шибером, при этом к осевому патрубку вывода газа улиточного закручивателя присоединен противоточный конический циклон с осевым выводом очищенного газа, причем выносной противоточный циклонный разгрузитель улиточного закручивателя и противоточный конический циклон, присоединенный к осевому патрубку вывода газа улиточного закручивателя, снабжены транзит-приемниками с затворами, содержащими вертикальные пылевые стояки.
Далее сущность изобретения поясняется чертежами и таблицами, на которых изображено:
- на фиг.1 - конструкция пылеотделителя (общий вид);
- на фиг.2 - конструкция пылеотделителя (разрез 1-1);
- на фиг.3 - конструкция пылеотделителя (разрез 2-2);
- в табл.1 - эффективность осаждения пыли в зависимости от концентрации запыленного потока на входе;
- в табл.2 - эффективность осаждения пыли в зависимости от длины транзит-приемника.
Пылеотделитель содержит улиточный закручиватель 1 с патрубком 2 ввода с подвижным шибером 3 и выносной противоточный циклонный разгрузитель 4 (фиг.1). Улиточный закручиватель 1 и выносной противоточный циклонный разгрузитель 4 сообщены между собой посредством расположенной на криволинейной стенке улиточного закручивателя щели 5 с шибером 6 и газоходом 7 (фиг.3). Выносной противоточный циклонный разгрузитель 4 снабжен осевым патрубком вывода очищенного газа 8 и раскручивателем 9. К пылевыводному отверстию циклонного разгрузителя прикреплен транзит-приемник 10, снабженный пылевым затвором 11. Раскручиватель выносного противоточного циклонного разгрузителя 9 соединяется с улиточным закручивателем 1 посредством газохода 12 и щели 13 с шибером 14, расположенными на криволинейной стенке улиточного закручивателя 1 (фиг.2).
В улиточном закручивателе 1 закреплен осевой патрубок вывода газа 15 и осевой патрубок 16 вывода очищенного газа противоточного конического циклона 17 (фиг.1). Патрубок ввода 2 снабжен подвижным шибером 3, предназначенным для регулирования крутки газопылевого потока.
К осевому патрубку вывода газа 15 улиточного закручивателя прикреплен противоточный конический циклон 17, снабженный осевым патрубком 16 вывода очищенного газа из циклона (фиг.1).
К пылевыводному отверстию противоточного конического циклона 17 прикреплен транзит-приемник 18, снабженный пылевым затвором 19.
Выносной противоточный циклонный разгрузитель 4 и противоточный конический циклон 17 сообщены с пылевым бункером 20 (фиг.1).
Устройство работает следующим образом.
3
Запыленный поток с концентрацией частиц в потоке менее 100 г/мпоступает в улиточный закручиватель 1 по патрубку 2 ввода, где за счет инерционных сил пыль концентрируется на периферии и с частью потока в количестве 10-15% с большим содержанием частиц через щель 5 с шибером 6 по газоходу 7 поступает в выносной циклонный разгрузитель 4, в котором происходит выделение из потока частиц. Выносной циклонный разгрузитель обладает низким гидравлическим сопротивлением. Патрубок 2 ввода снабжен подвижным шибером 3, предназначенным для регулирования крутки потока в сепарационных элементах. Выделившиеся из газа в выносном циклонном разгрузителе 4 частицы поступают в транзит-приемник 10, снабженный пылевым затвором 11. Неотсепарированная в выносном циклонном разгрузителе 4 пыль с частью потока в количестве 10-15% через осевой патрубок вывода очищенного газа 8 и раскручиватель 9 по газоходу 12, через щель 13 с шибером 14 поступает в улиточный закручиватель 1, где присоединяется к основному потоку, поступающему через патрубок 2 ввода.
В контуре улиточный закручиватель 1 - щель 5 - щель 13 - улиточный закручиватель 1 происходит разгрузка потока, формируется циркуляционный поток частиц, поскольку имеющийся «вихревой замок» способствует возвращению крупных частиц, вынесенных из выносного циклонного разгрузителя 4.
Величина циркуляционного потока регулируется положением подвижного шибера 3 и в зависимости от расхода газа подбирается таким, чтобы он был достаточным для отвода основной массы частиц пыли из улиточного закручивателя 1 в выносной циклонный разгрузитель 4 через щель 5. Положение подвижного шибера 6 щели 5 и шибера 14 щели 13 подбирается таким образом, чтобы предотвратить забивание пылью щели 5, обеспечить устойчивое поступление пылеконцентрата в выносной циклонный разгрузитель 4. Кроме того, шибер 6 щели 5 позволяет регулировать дисперсный состав пыли на входе в противоточный конический циклон 17. Это препятствует образованию отложений в циклоне и зависанию материала в пылевом затворе 19.
Положение подвижного шибера 6 позволяет регулировать перепад давления на выносном циклонном разгрузителе, а положение шибера 14 способствует увеличению эжекционного эффекта и также позволяет регулировать перепад давления на выносном циклонном разгрузителе.
Разгруженный от основной массы пыли поток из улиточного закручивателя 1 поступает в высокоэффективный противоточный конический циклон 17 через осевой патрубок вывода газа 15. Таким образом, здесь используется крутка потока для дополнительной очистка газа во второй ступени сепарации.
Выделившиеся из газа в противоточном коническом циклоне 17 частицы поступают в транзит-приемник 18, снабженный пылевым затвором 19.
Таким образом, в противоточном коническом циклоне 17 происходит доочистка газа от частиц пыли, неотсепарировавшихся в выносном противоточном циклонном разгрузителе 4. Очищенный от частиц пыли газ выводится из пылеуловителя через осевой патрубок 16 вывода очищенного газа противоточного конического циклона 17. Уловленная в выносном противоточном циклонном разгрузителе 4 и противоточном коническом циклоне 17 пыль поступает в пылевой бункер 20.
Применение высокоэффективного противоточного конического циклона 17 способствует увеличению общей эффективности пылеотделителя, так как эффективность сепарации частиц коническим циклоном выше эффективности улиточного разгрузителя и выносного циклонного разгрузителя. Это подтверждается исследованиями /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 изд. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с./.
3
Применение для разгрузки потока выносного противоточного циклонного разгрузителя, обладающего низким гидравлическим сопротивлением, выполняющего роль разгрузителя потока, не увеличивает гидравлическое сопротивление пылеуловителя, т.к. только небольшая часть потока с пылеконцентратом отводится через циклонный разгрузитель, разгружает поток и способствует повышению надежности работы, устойчивости процесса сепарации при колебаниях дисперсности и концентрации частиц в запыленном потоке. При поступлении запыленного потока с концентрацией частиц более 10 г/м предотвращает забивание пылевыводного отверстия высокоэффективного конического циклона, зависание материала в корпусе циклона и вывод его из работы.
В транзит-приемниках 10 и 18 противоточного циклонного разгрузителя 4 и конического циклона 17 происходит 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 циклонов длиной от 5 до 10 диаметров транзит-приемника, а диаметр транзит-приемника циклона находится в диапазоне 1,1-1,5 диаметра пылевыводного отверстия. При таких соотношениях движение пыли происходит до конца транзит-приемника.
Используя подвижный шибер 3 патрубка ввода 2, можно регулировать количество газов, проходящих через выносной циклонный разгрузитель 4, общую крутку потока в противоточном коническом циклоне 17 в зависимости от расхода газов, поддерживая его высокую эффективность.
Опыт эксплуатации предлагаемого пылеуловителя показал, что вследствие малого медианного размера пыли, поступающей в противоточный конический циклон 17, происходит зависание материала в пылевом затворе. Для предотвращения забивания транзит-приемника циклона и зависания материала в пылевом затворе было решено применить шибер 6 на щели 5. Изменяя положение шибера 6, можно варьировать размер щели 5 и количество потока с пылеконцентратом, поступающего в выносной циклонный разгрузитель 4, а значит концентрацию и дисперсный состав частиц в потоке, поступающем в противоточный конический циклон 17. Изменяя положение шибера 14, можно варьировать размер щели 13 и количество очищенного потока из выносного циклонного разгрузителя 4, предотвращая его от забивания и запирания потока. После выполнения данного мероприятия выгрузка материала из пылевого затвора противоточного конического циклона стала осуществляться стабильно.
3
Таким образом, изобретение повышает устойчивость процесса пылеулавливания, надежность работы устройства при колебаниях дисперсности и концентрации частиц в запыленном потоке и при поступлении запыленного потока с концентрацией частиц на входе более 10 г/м, предотвращает забивание пылевыводного отверстия циклона, зависание материала в корпусе циклона и вывод его из работы за счет разгрузки потока путем отвода его части с пылеконцентратом в выносной циклонный разгрузитель, применения в качестве второй ступени высокоэффективного противоточного конического циклона, так как при переменной нагрузке, колебаниях дисперсного состава и концентрации пыли условия работы выносного противоточного конического циклона остаются неизменными, а установка транзит-приемников позволяет свести все потоки отсепарированной пыли в общий пылевой бункер. Изобретение позволяет стабилизировать работу высокоэффективного противоточного конического циклона и использовать его в более широком диапазоне колебаний дисперсного состава и концентрации пыли.
Примеры осуществления изобретения
Пример 1
В лабораторных условиях проводилось испытание одиночного противоточного высокоэффективного конического циклона СК-ЦН-34 диаметром 90 мм с диаметром пылевыводного отверстия, равным 20 мм. При испытаниях использовалась пыль, уловленная циклоном СК-ЦН-34 аспирационной сети короба пересыпки дробленого известняка в условиях производства ООО «Топкинский цемент». В качестве пылеприемника использовался заглушенный транзит-приемник в виде стояка диаметром 25 мм, длиной 300 мм. 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 концентрации запыленного потока на входе приведена в табл.1.
3
Эффективность пылеулавливания при концентрации запыленного потока на входе более 10 г/м в высокоэффективном циклоне приводит к «захлебыванию» циклона в результате нарушенного оттока уловленных частиц из пылевыводного отверстия в пылеприемник по причине малого диаметра пылевыводного отверстия, снижению эффективности. При работе циклона на слипающихся или тонких материалах (менее 5 мкм) наблюдается забивание пылевыводного отверстия, зависание материала в объеме аппарата, снижение эффективности.
Визуальные наблюдения за процессом сепарации на модели конического циклона типа СК-ЦН-34, выполненного из светопрозрачного материала (оргстекло), показали, что при подаче в циклон запыленного потока с большими концентрациями происходит нарушение процесса сепарации: разрушение жгутов пыли, отекание ее по стенкам циклона, затрудненный отвод уловленной пыли в пылевыводное отверстие - зависание материала в области пылевыводного отверстия, образование отложений внутри циклона, приводящее к запиранию пылевыводного отверстия, смещению вынужденного вихря внутрь циклона, уносу всей пыли из аппарата и полному забиванию циклона.
Пример 2
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 дробленого известняка. В качестве пылеприемника использовался заглушенный транзит-приемник в виде стояка диаметром 25 мм длиной 300 мм. Концентрация запыленного потока на входе составляла 30 г/м. Очищенный в циклоне поток поступал в рукавный фильтр. Определение эффективности проводилось путем измерения количества подаваемой пыли, количества уловленной циклоном пыли и привеса рукавного фильтра.
Перед подачей запыленного потока в циклон СК-ЦН-34 поток поступал в улиточный разгрузитель, где осуществлялась разгрузка потока от основной массы частиц. Улиточный разгрузитель обладает низкой эффективностью сепарации частиц, малым гидравлическим сопротивлением и предназначен для улавливания крупной пыли. Разгруженный от основной массы крупных частиц поток поступал в циклон СК-ЦН-34. Процесс сепарации частиц в циклоне проходил нормально, забивание пылевыводного отверстия, зависание материала не происходило. Эффективность сепарации частиц составила 98%.
Таким образом, чтобы процесс сепарации частиц в противоточных высокоэффективных конических циклонах проходил устойчиво, необходимо осуществлять подготовку - разгрузку потока от крупных примесей и сгустков частиц с одновременным снижением исходной запыленности.
Пример 3
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 дробленого известняка. Концентрация запыленного потока на входе составляла около 1 г/м. В качестве пылевого бункера 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 приведена в табл.2.
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 эффективность сепарации частиц зависит от длины транзит-приемника: при малых размерах эффективность снижается, т.к. происходит резкая перестройка потока при поступлении потока с уловленным материалом в ограниченное пространство транзит-приемника. Было установлено, 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 4
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 дробленого известняка. Концентрация запыленного потока на входе составляла около 1 г/м. В качестве пылевого бункера использовался заглушенный транзит-приемник в виде стояка диаметром 20 мм. Визуальное наблюдение за работой циклона показало, что при диаметре транзит-приемника, равном диаметру пылевыводного отверстия циклона, отвод уловленной пыли происходит нестабильно - происходит 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 5
3
В лабораторных условиях проводилось испытание модели предлагаемого устройства с диаметром корпуса основного циклона типа СК-ЦН-34, равным 90 мм, с диаметром пылевыводного отверстия 20 мм. В качестве выносного противоточного циклонного разгрузителя для разгрузки потока был выбран низкоэффективный цилиндроконический циклон, обладающий малым гидравлическим сопротивлением. При испытаниях использовалась пыль дробленого известняка. Концентрация запыленного потока на входе составляла 10 г/м. В качестве пылевого бункера использовался заглушенный транзит-приемник в виде стояка с диаметром, равным 1,5 диаметра пылевыводного отверстия, и длиной 5 диаметров транзит-приемника. Очищенный в циклоне поток поступал в рукавный фильтр. Определение эффективности проводилось путем измерения количества подаваемой пыли, количества уловленной циклоном пыли и привеса рукавного фильтра.
Процесс сепарации частиц в пылеуловителе проходил нормально. Однако наблюдалось незначительное образование отложений тонкой пыли в области пылевыводного отверстия, которое в промышленных условиях могло привести к забиванию пылевыводного отверстия. Для устранения этого явления было решено установить шибера для регулирования ширины щелей, расположенных на криволинейной стенке улиточного закручивателя, сообщающихся с выносным противоточным циклонным разгрузителем и с его раскручивателем.
Регулируя ширину щели, сообщающейся с выносным циклонным разгрузителем, необходимо ограничить поступление пыли в выносной циклонный разгрузитель для того, чтобы на входе в высокоэффективный противоточный конический циклон содержалось некоторое количество крупной пыли, достаточное для предотвращения образования отложений в области пылевыводного отверстия.
Регулируя ширину щели, сообщающейся с раскручивателем выносного противоточного циклонного разгрузителя, необходимо установить такой размер, чтобы в выносном циклонном разгрузителе не происходило запирания потока и зависания материала.
После выполнения данных мероприятий забивания пылевыводного отверстия зависания материала не происходило. Эффективность сепарации частиц составила 98%.
Пример 6
3
3
В промышленных условиях проводилось испытание модели предлагаемого устройства диаметром 800 мм в составе пылеуловителя аспирации короба пересыпки конвейерной системы транспортирования дробленого известняка. Производительность установки составила около 2000 м/час, температура воздуха +3°С, гидравлическое сопротивление 1300 Па. Концентрация запыленного потока на входе составляла 23 г/м. Эффективность сепарации составила 95%. Процесс сепарации частиц в циклоне проходил нормально, устойчиво, забивания пылевыводного отверстия, зависания материала не происходило. При работе на данной пыли одиночного высокоэффективного циклона типа СК-ЦН-34 часто происходили зависания материала, забивание циклона. Особенно это отмечалось при изменении свойств дисперсной фазы и термодинамических характеристик несущей среды: в период межсезонья (осень, весна), в условиях повышенной влажности в летнее время года.
В период межсезонья (осень, весна) при поступлении в конвейерную систему транспортирования влажного дробленого известняка осуществляется снижение производительности вентилятора линии аспирации.
Опыт эксплуатации пылеуловителя показал, что при этом происходит снижение эффективности сепарации до 80%. Для предотвращения снижения эффективности сепарации и повышения крутки потока в пылеуловителе было решено установить шибер на патрубке ввода улиточного закручивателя.
После выполнения данного мероприятия опыт эксплуатации пылеуловителя показал стабильность процесса сепарации частиц, забивания, зависания материала в области пылевыводного отверстия не происходило, а применение регулировочных шиберов позволило предотвратить снижение эффективности сепарации при изменении производительности линии аспирации, регулировать крутку потока в пылеуловителе.
Технический результат изобретения - повышение эффективности и устойчивости процесса пылеулавливания, надежности работы пылеуловителя при колебаниях дисперсности и концентрации частиц в запыленном потоке за счет разгрузки потока путем отвода его части с пылеконцентратом в выносной противоточный циклонный разгрузитель, применения в качестве второй ступени высокоэффективного противоточного конического циклона. Это позволяет стабилизировать работу высокоэффективного противоточного конического циклона, использовать его в более широком диапазоне колебаний дисперсного состава и концентрации пыли, что позволяет повысить эффективность улавливания тонкодисперсных материалов в широком диапазоне колебаний дисперсного состава и концентрации.
Таблица 1
Концентрация запыленного потока, г/м<sup>3</sup>
0,1
1
10
Эффективность, %
90
96
0
Таблица 2
Длина транзит-приемника циклона, мм
100
150
300
Эффективность, %
87
95
96