Способ очистки газа от пыли
METHOD FOR GAS PURIFICATION FROM DUST

Изобретение относится к области очистки газов или воздуха от механических примесей или пыли и может использоваться в многостадийных очистных системах сухой очистки.
Сухая очистка газа в основном подходит тем производствам, на которых образуется большое количество различной пыли. Технология очистки газов или воздуха, основанная на методе сухой очистки хорошо справляются с такими типами загрязнений как слипаемая и не слипаемая пыль, древесные отходы (опилки), зола из дымовых газов; пыль из сушилок; пыль из аппаратов, в которых протекают процессы со взвешенными в газе частицами; зерновая и мучная пыль и т.д.
Известен способ двухстадийной очистки воздуха от пыли с помощью двух коаксиально расположенных основного и дополнительного циклонов (см. SU 1665188, кл. В04С 7/00, 1991 г.), в которых запыленный воздух сначала разделяют на два равных потока и направляют навстречу друг другу в дополнительном циклоне первой ступени очистки воздуха, при этом при встрече потоков происходит затухание скоростей потоков воздуха и транспортируемая потоками пыль через разгрузочный канал попадает в бункер-накопитель, после чего освободившийся от пыли воздушный поток с не выпавшими частицами мелкодисперсной пыли поступает в закручиватель дополнительного циклона первой ступени очистки, где воздух приобретает устойчивое вращательное движение воздушного потока и под действием центробежной силы и силы тяжести мелкодисперсные частицы выпадают через разгрузочный канал в бункер-накопитель. Далее воздушный поток попадает в канал между основным и дополнительным циклонами, сменив направление движения. Это достигается благодаря выполнению выхлопного патрубка в виде закручивателя. В точке изменения направления движения воздуха скорость движения воздуха равна нулю, что также способствует выпаданию оставшихся частиц пыли из воздуха. После этого очищенный воздух через выхлопной патрубок попадает в отводящий воздуховод и далее в вентилятор, а затем в атмосферу.
Известный способ позволяет существенно уменьшить габариты очистного устройства, т.к. фактически в одном циклоне-матрешке осуществляется двухстадийная очистка воздуха от пыли с помощью двух коаксиально расположенных основного и дополнительного циклонов.
При этом известный способ имеет ряд недостатков.
Во-первых, он имеет только две ступени очистки. Дальнейшее увеличение ступеней очистки потребует наличия дополнительных коаксиально расположенных корпусов. При этом система корпусов будет иметь вид «матрешки», при котором корпуса будут вложены последовательно один в другой. Такая конструкция не только приведет к существенному увеличению массогабаритных характеристик, но и значительно усложнит текущее обслуживание оборудования.
Во-вторых, известный способ имеет соосный встречно-направленный ввод входного потока, что приводит к на первом этапе очистки к затуханию скоростей. Но это затухание имеет место в ограниченной области оборудования. Далее очищаемый воздушный поток вновь приводится в движение и это может привести ко вторичному уносу пыли с очищаемым потоком.
В третьих, оборудование, реализующее известный способ, не может быть легко перестроено под возможные изменения таких параметров очищаемого воздуха, как изменение потока и дисперсного состава пыли.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является, взятый в качестве прототипа, способ очистки воздушно-пылевого потока (см. RU 2664985, кл. В01D 45/12, 2010 г.), включающий ввод воздушного потока внутрь корпуса, при этом воздушно-пылевой полидисперсный поток направляют со скоростью 10-25 м/с во входной тангенциальный патрубок винтовой распределительной камеры, закручивают воздушно-пылевой поток для создания центробежной силы, посредством центробежной силы отбрасывают полидисперсные частицы к периферийной зоне камеры, путем подбора шага винтовой поверхности осуществляют равномерное направление воздушно-пылевого потока в винтовые центробежные каналы, в процессе движения воздушно-пылевого потока в сужающемся винтовом центробежном канале посредством увеличения центробежной силы потока увеличивают количество отбрасываемых полидисперсных частиц, уменьшают радиус изгиба спиральной ленты, выводят полидисперсные частицы из воздушного потока через регулируемые окна спиральной ленты в рециркуляционную трубу с выводным каналом, в винтовой распределительной камере посредством разрежения входящего потока создают зону всасывания, подбирают оптимальное ускорение потока полидисперсных частиц, определяют оптимальную зону всасывания потока полидисперсных частиц.
Основной особенностью известного способа является то, что он вводит очищаемый от пыли воздушный поток в несколько зон в виде спиральных сужающихся винтовых центробежных каналов, в которых, по мнению авторов, за счет увеличения центробежных сил в потоке газа увеличивается количество отбрасываемых к периферийной зоне пылевых частиц, которые осаждаются в нижний конический корпус. Используемое по известному способу устройство содержит и герметичное выводное устройство, при этом наиболее мелкие частицы, которые не сразу осаждаются, проходят через рециркуляционную трубу во входной тангенциальный патрубок винтовой распределительной камеры для повторного осаждения, что, по мнению авторов, позволяет улучшить качество очистки воздуха.
Известный способ имеет несколько существенных недостатков.
Во-первых, он очень сложен в реализации, т.к. улучшение качества очистки воздуха, как отмечают авторы, зависит от равномерности распределения пылевого потока осуществляемого подбором шага нисходящей винтовой поверхности свернутой ленты, образующей сужающиеся радиальные каналы, при этом спиральная лента еще снабжена пылеотводящими регулируемыми окнами, которые тоже влияют на равномерность распределения пылевого потока. Становится понятно, что настроить один такой канал - это очень серьезная газодинамическая задача, а обеспечить работу сразу нескольких параллельно функционирующих каналов, это задача, которая без наличия строгой математической модели и компьютерно управляемого циклона - практически не выполнима. Но установка компьютерного управления циклоном еще больше усложнит реализацию способа.
Во-вторых, если при реализации способа очистки воздуха, в процессе очистки изменились параметры пылевых частиц, например, увеличилась крупность дисперсных частиц, что часто бывает, при изменении марки сжигаемого угля, то становится непонятным, каким образом, можно быстро перенастроить спиральные сужающие каналы и пылеотводящие регулируемые окна, чтобы известный способ очистки воздуха нормально функционировал и обеспечивал требуемое качество очистки газового потока.
В-третьих, известный способ обеспечивает пониженную производительность очистки из-за необходимости рециркуляции части выходного потока.
В-четвертых, известный способ использует рециркуляцию части пылевого потока для улучшения качества очистки воздуха, но, при этом, рециркуляция может приводить и к накоплению пыли, постоянно циркулирующей внутри корпуса циклона, а значит, может приводить к принципиальному ограничению степени очистки воздуха.
В-пятых, известный способ очистки газового потока в предлагаемой его технической реализации не применим при попытке его использования в качестве внутреннего устройства очистки, являющегося внутренним по отношению к внешнему устройству, имеющему центральную ось симметрии, поскольку способ предполагает использование нецентральносимметричного входного устройства.
В-шестых, для реализации предлагаемого способа требуются достаточно сложные в изготовлении устройства с большим количеством узлов и деталей.
Техническим результатом заявляемого решения является сохранение основного преимущества известного способа очистки газа от пыли за счет использования нескольких зон очистки газового потока с одновременным исключением его недостатков, заключающихся:
- в сложности технической реализации способа;
- в обеспечении невозможности быстрой переналадки элементов газодинамической схемы для сохранения высокого качества очистки газа;
- в недостаточной производительности очистки газового потока от пыли за счет рециркуляции части пылевого потока;
- в наличии застойных зон, приводящих к накоплению пыли;
- в использовании нецентральносимметричного входного устройства;
- в использования сложных в изготовлении деталей и узлов.
Указанный технический результат в способе очистки газа от пыли, включающий ввод очищаемого газа в циклон через верхнее тангенциально направляющее входное устройство, осаждение пыли из газа за счет действия центробежных сил в зоне повышенного давления в периферийной боковой зоне при поступательном движении вращающегося потока сверху вниз, с разворотом очищенного потока вверх и его осевой вывод через зону пониженного давления циклона, расположенную вблизи его вертикальной оси, сбор и удаление осажденной пыли, опускающейся по периферийной боковой зоне в нижнюю часть корпуса циклона, достигается тем, что осевой выходной поток формируют путем соединения нескольких потоков очищенного газа из нескольких последовательно расположенных по высоте корпуса циклона участков периферийной зоны через кольцевые переточные каналы, соединяющие периферийную зону с осевой зоной пониженного давления, образованные путем разделения всей периферийной зоны у корпуса циклона на части по высоте с помощью установленных с зазором к стенке циклона один над другим конфузоров, соосных с осью циклона и выполненных в форме усеченных конусов, направление сужения которых совпадает с направлением движения газа снизу вверх вдоль вертикальной оси циклона.
Заявляемый способ очистки газа от пыли позволяет решить сразу несколько недостатков, присущих прототипу.
Во-первых, заявляемый способ позволяет существенно упростить его реализацию за счет исключения нескольких радиально расположенных внутри циклона сужающихся каналов, сохранив при этом несколько зон очистки газа.
Во-вторых, в отличие от прототипа, заявляемый способ позволяет быстро осуществить переналадку элементов газодинамической схемы для сохранения высокого качества очистки газа за счет изменения количества используемых конфузоров, а соответственно, и количества кольцевых переточных каналов.
В-третьих, за счет исключения рециркуляции части пылевого потока, заявляемый способ обеспечивает одновременно как повышение производительности очистки газового потока от пыли, так и исключение застойных зон, приводящих к накоплению пыли, циркулирующей внутри циклона.
В-четвертых, за счет использования заявляемым способом центральносимметричного входного устройства для ввода потока очищаемого от пыли газа, устройство, его реализующее, является более универсальным, пригодным для использования как изолированно, так и внутри других устройств.
В-пятых, заявляемый способ исключает для своей реализации использование сложных в изготовлении деталей и узлов, что позволяет изготавливать циклонный фильтр практически в любой механической мастерской, имеющей минимальный комплект наиболее распространенного металлообрабатывающего оборудования.
Для изменения режима очистки газопылевого потока, связанного, например, с изменением размеров пылевых частиц (размер частиц может быть связан с видом горючего твердого топлива - торф, каменный уголь, древесные опилки и т.п.), способ предусматривает изменение положения конфузоров друг относительно друга.
Изменение положения конфузоров друг относительно друга может быть выполнено, например, с помощью нескольких вертикальным направляющих, параллельных оси циклона, которые позволяют быстро осуществить параллельное перемещение по ним конфузоров.
Для точной взаимной фиксации конфузора и направляющей между собой, они могут быть оборудованы фиксаторами, позволяющими как быстро зафиксировать их взаимное положение между собой, так и расфиксировать его при перенастройке оборудования.
Таким образом, заявляемый способ позволяет осуществлять циклонную очистку газа от пыли, выполняя ее одновременно в нескольких последовательно расположенных по высоте корпуса циклона участках периферийной зоны, которые через кольцевые переточные каналы соединяются с осевой зоной пониженного давления, используемой для вывода потока очищенного газа, при этом количество установленных внутри циклона конфузоров определяет количество периферийных зон очистки, а, следовательно, позволяет получать требуемое качество очистки газа от пыли, что не имеет аналогов среди известных способов очистки газа внутри корпуса циклона, а значит, отвечает критерию «изобретательский уровень».
Сущность заявляемого технического решения поясняется рисунками, приведенными на фиг. 1-3.
На фиг. 1 представлен рисунок поперечного разреза устройства, поясняющего суть заявляемого способа, где: 1 - корпус циклона с верхним тангенциально направляющим (закручивающим) входным устройством 2; 3 - кольцевой канал, через который закрученный входной газо-пылевой поток 4а-4n поступает непосредственно в периферийную зону вблизи стенки корпуса 1 и краями находящихся внутри циклона конфузорами 5а-5n; в области самого нижнего конфузора 5n, цилиндрическая часть корпуса 1 циклона переходит в его коническую часть 6, а затем в закрытую накопительную камеру 7; 8 - обратное течение (зона пониженного давления очищенного от пыли газа вблизи вертикальной оси циклона, которое через выходной канал 9 создает вытяжной вентилятор (на фиг. 1 он условно не показан)); 10 - направляющие для параллельного перемещения и фиксации на них конфузоров.
На фиг. 2 представлен рисунок сечения А-А, поясняющий принцип параллельного перемещения конфузора 5б по параллельным оси циклона направляющим 10.
На фиг. 3 представлен рисунок соединения направляющей 10 с конфузором 5б (Вид Б), поясняющий принцип крепления втулки 11, жестко соединенной сварным швом 12 с конфузором 5б на определенной высоте на направляющей 10. Втулка 11 закреплена в сквозном отверстии 13 на направляющей 10 при помощи болтового соединения 14. В случае необходимости параллельного перемещения конфузора 5б, втулка 11 «разболтовывается» и перемещается вверх или вниз по направляющей 10, где снова «болтуется».
Осуществление заявляемого способа рассмотрим при помощи представленного на фиг. 1 циклона. Запыленный газ через входное верхнее тангенциально направляющее входное устройство 2 и кольцевую камеру 3 поступает в циклон вблизи его боковой цилиндрической стенки 1. За счет действия центробежных сил в периферийной боковой зоне повышенного давления у наружной стенки циклона 1, запыленный газ одновременно совершает:
во-первых, вращательные кольцевые движения у стенки циклона 1 за счет ввода потока загрязненного газа через тангенциально направляющее входное устройство 2;
во-вторых, перемещение вдоль наружной стенки циклона 1 сверху вниз, достигаемое за счет давления потока загрязненного газа через кольцевую камеру 3.
Далее рассмотрим движение потоков загрязненного газа внутри циклона. По мере того, как газ с пылью достигает нижнего края конфузора 5а, наиболее крупные частицы пыли за счет своего взаимодействия со стенкой циклона 1 теряют свою тангенциальную скорость и под действием сил гравитации и вертикального давления потока загрязненного газа начинают вместе с ним оседать вниз вдоль стенки циклона 1. При этом часть воздушного потока 4а, которая освободилась от наиболее крупных частиц пыли, тоже замедляется, меняет направление с вертикального движения на 180° и через первый кольцевой переточный канал, существующий между нижней поверхностью конфузора 5а и верхней поверхностью конфузора 5б стремится в зону пониженного давления 8, расположенную по оси циклона. После прохождения первого кольцевого переточного канала происходит частичная очистка пыле-газового потока от наиболее крупной пыли. Площадью проходного сечения кольцевого переточного канала, т.е. расстоянием между конфузорами 5а и 5б можно регулировать величину очищенной части потока (4а) от оставшейся части основного загрязненного потока (4б-4n), который продолжит свое движение вдоль стенки циклона 1 к его основанию.
Далее оставшийся поток загрязненного газа 4б-4n под воздействием центробежных сил, направленных в сторону стенки циклона 1, а также под действием направленной вниз составляющей скорости газового потока вдоль стенки циклона 1 и сил тяжести, продолжит движение вдоль стенки циклона 1 ко второму кольцевому переточному каналу. Здесь от основного потока отделится поток очищенного воздуха 4б, который тоже поменяет направление с вертикального движения на 180° и через второй кольцевой переточный канал, образованный нижней поверхностью конфузора 5б и верхней поверхностью конфузора 5в (он на рисунке условно не показан), начнет перемещаться в зону пониженного давления 8, расположенную по оси циклона.
Аналогичным образом происходит периодическая очистка части загрязненного потока газа от пыли после происхождения очередного кольцевого переточного канала.
Процесс полной очистки пыле-газового потока продолжается до тех пор, пока его последняя часть 4n не опустится ниже нижнего края конфузора 5n и не освободится от самых мелких частиц пыли, после чего оставшаяся часть воздушного потока поменяет направление с вертикального движения на 180° и через последний кольцевой переточный канал, образованный нижней поверхностью конфузора 5n и основанием циклона переместится в зону пониженного давления 8, расположенную по оси циклона.
Таким образом, весь очищенный воздух, через ряд кольцевых переточных каналов переходит в зону пониженного давления 8 и выводится из циклона через выходной канал 9, а вся пыль из пылегазового потока, опускается вниз вдоль стенки циклона 1 и через коническую часть 6 корпуса циклона собирается в накопительной камере 7, откуда она периодически удаляется.