ВИХРЕВОЙ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ
VORTEX DUST COLLECTOR

Изобретение относится к устройствам мокрого пылеулавливания и может применяться в химической, текстильной, пищевой, легкой и других отраслях промышленности для очистки запыленных газов, главным образом, от мелкодисперсных частиц и частиц субмикронных размеров.
При проектировании подобных устройств одной из основных задач является снижение уноса, в особенности мелкодисперсной пыли.
В настоящее время вихревые пылеуловители находят все большее применение из-за высокой степени очистки воздуха от мелкодисперсной пыли, например, по сравнению с циклонами.
ч
Однако сухая очистка пылегазового потока в вихревых ПГУ не всегда может достигнуть требуемой степени очистки, особенно от мелкодисперсной пыли и пыли субмикронных размеров по ряду известных причин, связанных с уносом этой фракции. Дополнительного эффекта по снижению уноса мелкодисперсных частиц пыли (с d<0,5 мкм и субмикронных) можно достичь при мокрой очистке.
Наиболее близким техническим решением является вихревой уловитель пыли, состоящий из цилиндрической сепарационной камеры с расположенным в ее нижней части патрубком для ввода первичного запыленного потока газа с цилиндрическим обтекателем и лопаточным закручивателем, отбойной шайбой и бункером, а в верхней части - патрубком для ввода вторичного потока, завихрителем и выходным патрубком сопряжения стенки сепарационной камеры с завихрителем и выходного патрубка с завихрителем, выполненных в виде криволинейных обводов стабилизации. Стабилизация потока способствует уменьшению уноса пыли в приосевую зону паразитарными вихрями в области после завихрителя /см. Патент Российской Федерации №2183497, кл. B01D 45/12, В04С 3/06, 2000 г./, принят за прототип.
Однако это не исключает возникновения вторичных вихрей полностью по ряду причин, т.к. невозможно учесть все предпосылки по их образованию. Кроме того, чем мельче частицы пыли, тем меньше инерционные силы, влияющие на их сепарацию, и, следовательно, они с меньшей силой прижимаются к внутренней поверхности цилиндрического корпуса ВПУ, что зачастую приводит к их отскоку и переносу в область осевого потока и уносу.
Недостатком этого устройства является низкая эффективность очистки запыленных газов от мелкодисперсных частиц и частиц субмикронных размеров.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы пылеулавливающего устройства, повышение качества очищаемого воздуха и снижение энергозатрат при очистке воздуха.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном вихревом пылеуловителе, содержащем цилиндрическую сепарационную камеру с верхним и нижним каналами подачи воздуха, состоящими из последовательно расположенных: подводящего воздуховода, конфузора, горловины, диффузора и патрубка ввода воздуха; в нижней части сепарационной камеры расположены патрубок ввода первичного воздуха со стабилизирующим устройством, цилиндрический обтекатель, расположенный коаксиально осевому нижнему каналу подачи воздуха, лопаточный завихритель, отбойная шайба и бункер, в верхней части - патрубок ввода вторичного воздуха, лопаточный завихритель, стабилизирующие обтекатели и коаксиально расположенный выходной патрубок, особенность заключается в том, что дополнительно в конфузоре каждого канала подачи воздуха, перед горловиной, навстречу воздушному потоку установлена форсунка; в канал подачи первичного воздуха установлена форсунка с возможностью орошения жидкостью, дисперсный состав которой составляет 10÷70 мкм, а в канал подачи вторичного воздуха - с возможностью орошения жидкостью, дисперсный состав которой составляет 2÷10 мкм, при этом расход жидкости для орошения потока первичного воздуха принят в два - три раза больше, чем для орошения потока вторичного воздуха. В качестве орошающей жидкости использована вода.
В предложенном вихревом пылеуловителе нижний канал для подачи первичного запыленного воздуха и верхний канал для подачи вторичного воздуха оснащен приспособлением в виде низкоскоростной трубы Вентури, снабженным форсункой, которая орошает поступающий в канал пылегазовый поток. Форсунки установлены перед горловиной навстречу пылегазовому потоку. Дисперсный состав разбрызгиваемой форсункой орошающей жидкости (воды) первичного запыленного воздуха составляет 10÷70 мкм, а вторичного - 2÷10 мкм.
К патрубкам ввода первичного и вторичного воздуха запыленный поток поступает через приспособление в виде орошаемой низкоскоростной трубы Вентури, снабженной форсункой для распыления воды, где осуществляется предварительное укрупнение пылевых частиц. Такое конструктивное решение приводит к образованию более крупных агломератов, сепарация которых значительно увеличивается. Кроме того, смоченная водой внутренняя поверхность сепарационной камеры вихревого пылеуловителя препятствует отскоку частиц пыли и способствует их улавливанию и смыванию в сборный бункер.
г
С целью снижения энергозатрат на очистку воздуха предварительная коагуляция мелкодисперсных пылевых частиц производится в орошаемых низкоскоростных трубах Вентури при скоростях потока очищаемого воздуха в горловине трубы Вентури V до 40 м/с. Кроме того, коэффициенты местного сопротивления конфузора и диффузора трубы Вентури приняты минимальными.
Расчет низкоскоростных труб Вентури (см. фиг. 2).
п
вит.част
част
Скорость движения потока воздуха в трубе можно выразить функцией V=f(V. ρ):
вит.част
где V . - скорость витания частиц, м/с;
част
3
ρ - плотность частиц, кг/м.
Скорость движения потока воздуха в горловине принимаем в виде выражения:
г
где V - скорость движения потока воздуха в горловине, м/с;
п
V - скорость движения потока воздуха в трубе, м/с.
Принимаем ,
где  - длина диффузора, м;
- длина конфузора, м.
г
Диаметр горловины d определяется из условия неразрывности:
п
2
где F - площадь сечения трубы, м;
п
V - скорость движения потока воздуха в трубе, м/с;
г
2
F - площадь сечения горловины, м;
г
V - скорость движения потока воздуха в горловине, м/с.
г
Из формулы (2) выражаем F:
г
п
Выражаем площади горловины F и трубы F через известную формулу:
Подставляем полученные выражения в формулу (2):
п
г
Принимаем скорость движения потока воздуха в трубе V=20 м/с. В этом случае согласно формуле (1) скорость движения потока воздуха в горловине V≈40 м/с. В этом случае формулу (6) можно записать в виде:
Преобразовав формулу (7), получим
Выполнив дальнейшее преобразование, получим:
Отсюда получаем: ПШП РЯБОВА
Потери давления в трубе Вентури определяются по формуле:
конф
где ΔР - потери давления в конфузоре, Па;
R - удельные потери давления в горловине, Па/м;
п
- длина горловины (принимаем равной d), м;
диф.
ΔР - потери давления в диффузоре, Па.
Преобразовав формулу (11), получим:
к
где ζ - коэффициент местного сопротивления конфузора;
д
ζ - коэффициент местного сопротивления диффузора.
трубы Вентури
г
к
д
Из формулы видно, что ΔР=f(V) и при принятом соотношении геометрических размеров будет минимальным ( мало, и им можно пренебречь). Значения ζ, ζ приняты по Справочнику проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства», часть 3 «Вентиляция и кондиционирование воздуха», книга 2. Москва: Стройиздат, 1992 г.
На фиг. 1 представлено продольное сечение вихревого пылеуловителя, где показаны: сепарационная камера 1, лопаточный завихритель 2, выходной патрубок 3, патрубок ввода вторичного воздуха 4, стабилизирующий обтекатель 5, цилиндрический обтекатель 6, отбойная шайба 7, бункерное отделение 8, стабилизирующее устройство 9, патрубок ввода первичного воздуха 10, подводящий воздуховод 11, конфузор 12, форсунка 13, горловина 14 и диффузор 15.
Вихревой пылеуловитель содержит цилиндрическую сепарационную камеру 1, в верхней части которой находится канал подачи вторичного воздуха, лопаточный завихритель 2, коаксиально расположенный выходной патрубок 3 и патрубок ввода вторичного воздуха 4, а также стабилизирующие обтекатели 5. В нижней части сепарационной камеры 1 находится бункерное отделение 8 с нижнебоковым отводом пульпы, канал подачи первичного воздуха, цилиндрический обтекатель 6 с лопаточным завихрителем 2 и отбойной шайбой 7. В бункерном отделении 8 располагается стабилизирующее устройство 9 в виде конфузора с патрубком ввода первичного воздуха 10, ниже которого расположены сопло и поворотные лопатки (на чертеже не показаны). Каналы подачи первичного и вторичного воздуха состоят из подводящего воздуховода 11, форсунки 13, установленной в конфузоре 12, горловины 14, диффузора 15 и патрубка ввода воздуха.
Устройство работает следующим образом.
Запыленный поток первичного воздуха поступает в сепарационную камеру 1 но каналу подачи первичного воздуха через подводящий воздуховод 11, конфузор 12, в котором установлена форсунка 13, разбрызгивающая воду навстречу набегающему запыленному потоку первичного воздуха. Далее поток первичного воздуха проходит через горловину 14, диффузор 15 и по патрубку ввода первичного воздуха 10 подается через завихритель 2 в сепарационную камеру 1, где формируется восходящий вихревой лоток. Вследствие разнонаправленного движения частиц пыли и разбрызгиваемой воды происходит активная коагуляция пылевых частиц и частиц воды.
Одновременно с первичным потоком в сепарационную камеру 1 сверху по каналу подачи вторичного воздуха подается поток вторичного воздуха. Поток вторичного воздуха, как и в первом случае, проходит через подводящий воздуховод 11, конфузор 12, в котором установлена форсунка 13, разбрызгивающая воду навстречу набегающему потоку вторичного воздуха. Далее поток вторичного воздуха проходит горловину 14, диффузор 15 и по патрубку ввода вторичного воздуха 4, через лопаточный завихритель 2, подается в сепарационную камеру 1, где формируется вторичный нисходящий поток запыленного воздуха, который перемещает частицы уловленной пыли в бункерное отделение 8, пропуская их через кольцевой зазор между отбойной шайбой 7 и корпусом сепарационной камеры 1.
Вращение двух встречных потоков (первичного и вторичного воздуха) внутри сепарационной камеры 1 имеет одно направление.
Укрупнившиеся за счет коагуляции агломераты эффективно сепарируются в сепарационной камере 1. Так как внутренняя поверхность сепарационной камеры 1 в процессе сепарации покрывается пленкой стекающей воды, то мелкодисперсные частицы пыли, движущиеся в ламинарном подслое, у внутренней поверхности сепарационной камеры 1, не отскакивают, а оседают на ней под воздействием градиентной коагуляции.
Уловленная пыль в виде пульпы стекает в бункерное отделение 8 через кольцевой зазор между отбойной шайбой 7 и корпусом сепарационной камеры 1, а очищенный воздух по выходному патрубку 3 отводится в атмосферу.
Для предотвращения «зарастания» внутренних поверхностей вихревого пылеуловителя и улучшения смыва уловленной пыли расход воды, разбрызгиваемой форсунками в поток первичного запыленного воздуха, принят в 2-3 раза больше, чем - в поток вторичного воздуха
Дисперсный состав частиц разбрызгиваемой форсунками воды в поток первичного воздуха составляет 10÷70 мкм, что способствует лучшей их сепарации в нижней части сепарационной камеры и лучшему смыву уловленной пыли, Дисперсный состав частиц разбрызгиваемой форсунками воды в поток вторичного воздуха составляет 2÷10 мкм, что обеспечивает лучшую взаимную коагуляцию пылевых и жидких частиц во всем объеме сепарационной камеры.
Предложенное изобретение позволяет значительно повысить эффективность работы пылеулавливающего устройства и степень очистки запыленных газов за счет предварительного укрупнения пылевых частиц, сепарация которых значительно увеличивается. Кроме этого орошение потоков запыленного воздуха приводит к образованию на внутренней поверхности сепарационной камеры жидкой пленки, которая препятствует отскоку пылевых частиц от сепарационной камеры и способствует их улавливанию и смыванию в сборный бункер.
Использование приспособления в виде низкоскоростной трубы Вентури в вихревом пылеуловителе позволяет снизить энергозатраты при очистке запыленного воздуха.