ТРЕХСТУПЕНЧАТАЯ СИСТЕМА ПЫЛЕУДАЛЕНИЯ
THREE-STAGE DUST COLLECTION SYSTEM

Изобретение относится к технике пылеулавливания и может применяться в химической, текстильной, пищевой, легкой и других отраслях промышленности для очистки запыленных газов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является система пылеудаления по патенту RU №2256510, В04С 9/00 от 15.06.04, содержащая циклон, как первую ступень очистки, имеющий корпус, периферийный ввод газового потока, крышку, бункер и выходной патрубок для выхода очищенного газа, причем на конце выходного патрубка очищенного газа закреплен фильтрующий элемент, выполняющий функцию второй ступени очистки газовоздушной смеси от пыли (прототип).
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса пылеулавливания.
Технический результат - повышение эффективности и надежности процесса пылеулавливания, а также снижение металлоемкости и виброакустической активности аппарата в целом.
Это достигается тем, что в трехступенчатой системе пылеудаления, содержащей инерционный пылеосадитель, как первую ступень предварительной очистки газовоздушной смеси от пыли, последовательно соединенную со второй ступенью, представленной циклонным пылеуловителем, последовательно соединенным с третьей ступенью тонкой очистки, выполненной в виде скруббера, при этом инерционный пылеосадитель содержит корпус, расположенные внутри него преградительные элементы, ввод запыленного газового потока, по крайней мере один, бункер для сбора пыли и выходной патрубок очищенного газа, при этом осевые линии преградительных элементов, закрепленных в верхней части корпуса, совпадают с осями бункеров, а преградительные элементы, расположенные на стыке поверхностей, образующих бункерную часть, выполнены в сечении в виде Т-образного профиля, а корпус циклона второй ступени очистки состоит из жестко соединенных, и соосных между собой, конической части и цилиндрической части, при этом с внешней торцевой цилиндрической части корпуса смонтирована винтообразная крышка, соединенная с входным патрубком, а внутри цилиндрической части корпуса расположена выхлопная труба, последовательно соединенная с улиткой, являющейся раскручивателем выходящего газового потока, а выходной патрубок циклона соединен посредством воздуховода со скруббером, содержащим корпус с патрубками для запыленного и очищенного газа, оросительное устройство, опорные решетки, между которыми расположена насадка, и устройство для отвода шлама, при этом форсунка выполнена с распылительным диском и содержит цилиндрический корпус со штуцером, жестко связанным с корпусом и соосно расположенным в верхней части корпуса и, имеющим цилиндрическое отверстие для подвода жидкости, соединенное с диффузором, осесимметричным корпусу и штуцеру, а в нижней части цилиндрического отверстия форсунки закреплен полый конический завихритель, коническая обечайка которого фиксируется посредством, по крайней мере, трех спиц, закрепленных одним концом на конической обечайке завихрителя, в ее верхней части, а другим концом - в кольцевой канавке, выполненной на внутренней поверхности цилиндрического отверстия, при этом на внешней поверхности полого конического завихрителя выполнена сквозная винтовая нарезка, а к корпусу, в его нижней части, посредством, по крайней мере, трех спиц подсоединен распылитель, расположенный перпендикулярно оси корпуса, и выполненный в виде сплошного диска, при этом диск распылителя образован двумя поверхностями, одна из которых, обращенная в сторону диффузора, криволинейная поверхность, причем в качестве линии, образующей эту поверхность является кривая линия n-го порядка, а вторая - плоскость, а диск распылителя образован двумя конгруэнтными и эквидистантными поверхностями n-го порядка, а спицы, посредством которых диск распылителя крепится к корпусу, по форме выполнены прямыми или изогнутыми.
На фиг. 1 изображена схема инерционного пылеосадителя, на фиг. 2 - схема циклона, на фиг. 3 изображен противоточный насадочный скруббер, на фиг. 4 - схема форсунки противоточного насадочного скруббера.
Трехступенчатая система пылеудаления состоит из первой ступени грубой (предварительной) очистки запыленного газового потока, выполненной в виде инерционного пылеосадителя (фиг. 1), который содержит корпус 5, расположенные внутри него преградительные элементы 3 и 4, ввод запыленного газового потока 1, по крайней мере один, бункер 6 для сбора пыли и выходной патрубок 2 очищенного газа. Осевые линии преградительных элементов 3, закрепленных в верхней части корпуса 5, совпадают с осями бункеров 6, а преградительные элементы 4, расположенные на стыке поверхностей, образующих бункерную часть, выполнены в сечении в виде Т-образного профиля. Преградительные элементы 3, закрепленные в верхней части корпуса 5, выполнены в сечении в виде клина, с вершиной, обращенной в сторону бункера. Детали выполнены из конструкционных композиционных или полимерных материалов, например полиэтилена, капрона, полиуретана с помощью литья, штамповки, формования, причем на поверхности деталей нанесен слой мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, причем соотношение между толщиной металла и вибродемпфирующего покрытия находится в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…4).
Вторая ступень системы пылеудаления выполнена в виде циклона (фиг. 2), содержащего корпус, состоящий из жестко соединенных, и соосных между собой, конической части 7 и цилиндрической части 8, при этом с внешней торцевой цилиндрической части корпуса смонтирована винтообразная крышка 9, соединенная с входным патрубком 11, а внутри цилиндрической части 8 корпуса расположена выхлопная труба 12, последовательно соединенная с улиткой 10, являющейся раскручивателем выходящего газового потока. Для снижения виброакустической активности циклона и его металлоемкости, а также повышения его надежности в предлагаемом устройстве предусмотрены следующие мероприятия: детали циклона выполнены из конструкционных композиционных или полимерных материалов, например полиэтилена, капрона, полиуретана с помощью литья, штамповки, формования; винтообразные элементы деталей циклона изготовлены способами пластической деформации, например выдавливания или накатки на оборудовании, имеющем винтообразное формообразующее движение; на винтообразные элементы деталей циклона и поверхности, контактирующие с запыленным газовым потоком нанесен износостойкий слой, например способами напыления или с применением гальванического оборудования; детали циклона выполнены армированными или слоистыми, причем поверхности слоев, соприкасаемые с движущимся газовым потоком выполнены из материалов, обладающих повышенной износостойкостью и антифрикционными свойствами, а свойства материала арматуры подобраны из условия снижения виброакустической активности аппаратов; детали винтообразных поверхностей циклона выполнены армированными путем формования или заливки винтообразных износостойких элементов в корпусные детали или крышки.
Выхлопная труба 12 циклона через улитку 10 соединена воздуховодом с третьей ступенью системы пылеулавливания - ступенью тонкой очистки посредством противоточного насадочного скруббера (фиг. 3). Противоточный насадочный скруббер содержит корпус 13 с патрубками 14 и 15 для запыленного и очищенного газа, оросительное устройство 18 с форсунками, опорные решетки 16 и 19, между которыми расположена насадка 17, и устройство 20 для отвода шлама.
Насадка 17 может быть выполнена из пористых полимерных материалов, стекла, пористой резины, композиционных материалов, древесины, нержавеющей стали, титановых сплавов, благородных металлов.
На фиг. 4 представлена схема форсунки противоточного насадочного скруббера.
Форсунка выполнена с распылительным диском и содержит цилиндрический корпус 21 со штуцером 22, жестко связанным с корпусом и соосно расположенным в верхней части корпуса и, имеющим цилиндрическое отверстие 23 для подвода жидкости, соединенное с диффузором 24, осесимметричным корпусу и штуцеру. В нижней части цилиндрического отверстия 23 для подвода жидкости закреплен полый конический завихритель 27, коническая обечайка которого фиксируется посредством, по крайней мере, трех спиц 28, закрепленных одним концом на конической обечайке завихрителя, в ее верхней части, а другим концом - в кольцевой канавке цилиндрического отверстия 23 (на чертеже не показана), выполненной на его внутренней поверхности. На внешней поверхности полого конического завихрителя 27 выполнена сквозная винтовая нарезка 29.
К корпусу 21, в его нижней части, посредством, по крайней мере, трех спиц 26 подсоединен распылитель 25, расположенный перпендикулярно оси корпуса, и выполненный в виде сплошного диска. Диск распылителя 25 образован двумя поверхностями, одна из которых, обращенная в сторону диффузора 24, криволинейная поверхность, причем в качестве линии, образующей эту поверхность является кривая линия n-го порядка, например эллиптическая, параболическая и др., а вторая - плоскость.
Спицы 26, посредством которых диск распылителя крепится к корпусу, расположены радиально по отношению к оси корпуса, и по форме могут быть выполнены прямыми и изогнутыми (на чертеже не показано), причем к корпусу они крепятся посредством винтов, а к диску - либо с помощью разъемного соединения, например резьбового, либо неразъемного, например контактной сваркой.
Диск распылителя может быть образован двумя конгруэнтными и эквидистантными поверхностями n-го порядка, при этом распылитель форсунки может быть выполнен из твердых материалов, например карбида вольфрама.
Форсунка с распылительным диском работает следующим образом.
Жидкость под давлением подается в полость цилиндрического отверстия 23 для подвода жидкости корпуса 21 форсунки, а затем в нижнюю часть отверстия 23, и через конический завихритель 27, выходит наружу, в распылитель 25, при этом происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет турбулизации потока на выходе, и мелкодисперсный поток выходит из форсунки с широким факелом распыляющейся жидкости (раствора).
Использование форсунки описанной конструкции позволяет получить равномерный по объему поток капель мелкодисперсного распыла в диапазоне диаметров капель от 30 до 150 мкм при давлении подачи воды не более 1 МПа.
Трехступенчатая система пылеудаления работает следующим образом.
Запыленный газовый поток поступает в корпус 5 (фиг. 1) инерционного пылеосадителя первой ступени очистки через ввод 1 запыленного газового потока. При этом за счет инерционных сил частицы пыли устремляются в бункер 6 для сбора пыли, а через выходной патрубок 2 поступает очищенный газ. Преградительные элементы 3, закрепленные в верхней части корпуса 5, служат дополнительной преградой для попадания мелких фракций пыли в выходной патрубок 2, а преградительные элементы 4, расположенные на стыке поверхностей, образующих бункерную часть, выполненные в сечении в виде Т-образного профиля, препятствуют обратному выходу мелкой пыли из бункера 6. Процесс пылеулавливания протекает в оптимальном гидродинамическом режиме, так как гидравлическое сопротивление прохода, образованного корпусом 5 и преградительными элементами 3 и 4 на 20% меньше, чем гидравлическое сопротивление выходного патрубка 2 очищенного газа. Выполнение преградительных элементов 3 в виде клина, способствует сходу пыли с этих элементов непосредственно в бункер 6.
Затем предварительно очищенный газовый поток поступает во вторую ступень очистки -циклон (фиг. 2), где, закручиваясь под действием винтовой крышки, двигается вниз в корпусе. Частицы пыли при этом под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам корпуса 8. Очищенный воздух выводится из циклона через выхлопную трубу 12, последовательно соединенную с улиткой 10, являющейся раскручивателем выходящего газового потока. В результате на выходе из патрубка 10 циклона появляется очищенный воздух. При этом легкие, мелкодисперсные частицы пыли, не уловленные в циклоне, задерживаются в третьей ступени очистки, выполненной в виде скруббера, который работает следующим образом.
3
3
Запыленный газовый поток поступает в корпус 13, через ввод запыленного газового потока 14, и встречает на своем пути завесу из насадки 17, которая смачивается водой или другим абсорбентом из оросительного устройства 18. Расход орошающей жидкости в противоточных насадочных скрубберах принимается в пределах от 1,3 до 2,6 л/м. В насадочных скрубберах с поперечным орошением (на чертеже не показан) для лучшего смачивания поверхности насадки 17 слой ее наклонен на 7…10° в направлении газового потока. Расход орошающей жидкости в них принимается в пределах от 0,15 до 0,5 л/м. Процесс пылеулавливания протекает в оптимальном гидродинамическом режиме, так как гидравлическое сопротивление насадка 17 на 20% меньше, чем гидравлическое сопротивление выходного патрубка 15 очищенного газа. Для снижения виброакустической активности аппарата и его металлоемкости, а также повышения его надежности в предлагаемом устройстве предусмотрены следующие мероприятия: на поверхности деталей нанесен слой мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, причем соотношение между толщиной металла и вибродемпфирующего покрытия находится в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…4). Для удаления шлама применено устройство для удаления шлама в виде канала в днище корпуса или отдельного механизма.
Насадочный скруббер может быть применен для очистки от тонкой фракции пыли и увлажнения воздуха в вентиляционных установках и установках кондиционирования воздуха, а также при улавливании туманов, хорошо растворимой пыли, а также при совместном протекании процессов пылеулавливании, охлаждения газов и абсорбции насадочных газопромывателей. Эффективность предлагаемой конструкции насадочного скруббера увеличивается за счет большей поверхности взаимодействия насадки 17 в вышеуказанных процессах и составляет при улавливании пылевых частиц размером больше 2 мкм порядка 95%.