ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ СИСТЕМА ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ СО СПИРАЛЬНО-КОНИЧЕСКИМ ЦИКЛОНОМ
TWO-STAGE DUST COLLECTION SYSTEM WITH SPIRAL-AND-CONIC CYCLONE

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 пылеулавливания по патенту RU №2302283, В04С 9/00, содержащая циклон в качестве первой ступени очистки газовоздушной смеси, акустическую систему и рукавный фильтр, являющийся второй ступенью системы пылеулавливания, (прототип).
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса пылеулавливания.
Технический результат - повышение эффективности и надежности процесса пылеулавливания.
Это достигается тем, что в двухступенчатой системе пылеулавливания со спирально-коническим циклоном, содержащей циклон в качестве первой ступени очистки газовоздушной смеси, акустическую систему и рукавный фильтр, являющийся второй ступенью системы пылеулавливания, в качестве первой ступени очистки газовоздушной смеси служит спирально-конический циклон, вход которого соединен с акустической системой коагуляции пыли, а выход - с рукавным фильтром, содержащим импульсную систему регенерации рукавного фильтра и систему обеспечения пожаровзрывобезопасности работы системы пылеулавливания.
На фиг.1 изображен общий вид двухступенчатой системы пылеулавливания со спирально-коническим циклоном, на фиг.2 - вид сверху фиг.1, на фиг.3 - общий вид рукавного фильтра, на фиг.4 - профильная проекция фиг.3, на фиг.5 - фланец входа и выхода газа, на фиг.6 - схема импульсной системы регенерации фильтра.
Двухступенчатая система пылеулавливания со спирально-коническим циклоном включает в себя следующие основные подсистемы: спирально-конический циклон (фиг.1 и фиг.2), вход которого соединен с акустической системой коагуляции пыли, а выход - с рукавным фильтром (фиг.3-5), импульсную систему регенерации рукавного фильтра (фиг.6), систему обеспечения пожаровзрывобезопасности работы фильтра (на чертеже не показано).
ш
1
ш
ш
1
ш
1
ш
ш
Спирально-конический циклон содержит корпус (фиг.1 и фиг.2), состоящий из цилиндрической 2 и конической 1 частей, спиральный ввод 4 газового потока, выполненный в виде входного патрубка, пылевыпускное отверстие 3 и выхлопную трубу 5 для выхода очищенного газа. В корпусе 1 на расстоянии h от среза пылевыпускного отверстия 3 диаметром d, соосно ему, установлена отражающая шайба 6 диаметром d, причем отношение внутреннего диаметра D цилиндрической части 2 корпуса к диаметру d отражающей шайбы 6 находится в оптимальном интервале величин: D/d=1,5…2,5, а отношение расстояния h от среза пылевыпускного отверстия 3 диаметром d до отражающей шайбы 6 к диаметру отражающей шайбы находится в оптимальном интервале величин: h/d,=1,5…2,5.
3
Акустическая система коагуляции пыли соединена через свой выход со спиральным вводом 4 газового потока циклона воздуховодом 34. Она состоит из акустической колонки 35 в виде цилиндроконического корпуса, в верхней цилиндрической части которого, соосно ей, расположен генератор звуковых колебаний 36, соединенный с блоком управления 37, и входной патрубок 38 запыленного газового потока, а нижняя коническая часть корпуса связана с воздуховодом 34. Оптимальными параметрами для звуковой обработки являются: уровень звукового давления в диапазоне 130÷145 дБ, частота звуковых колебаний в диапазоне 900÷2000 Гц, время озвучивания в диапазоне 1,5÷2,5 сек, концентрация пыли в газовом потоке - не менее 2 г/м.
Рукавный фильтр (фиг.3-5) соединен с выходом выхлопной трубы 5 спирально-конического циклона воздуховодом 33 через фланец 15 для входа очищаемого газа в фильтрующую камеру 7 рукавного фильтра, являющегося второй ступенью системы пылеулавливания и имеющего вид шкафа с удобной выемкой через боковые двери 12 вертикально расположенных фильтроэлементов 24 в виде фильтрующих рукавов. Фланец 13 для выхода очищенного газа расположен в камере 22 очищенного газа, расположенной над фильтрующей камерой 7, и имеет размеры поперечного сечения, равные с фланцем 15 для входа очищаемого газа в фильтр (фиг.3-5).
Камеры 7 и 22 фильтра образуют его корпус совместно с расположенным под ними простым коническим бункером 17 с пылевыгружным устройством типа "двойная мигалка" (на чертеже не показано) или - коническим бункером со шнеком 18 с пылевой задвижкой 19 с ручным приводом с пылевыгружным устройством шлюзовой ротационный затвор 21, а также местным пультом управления 20 шнеком и шлюзовым ротационным затвором. На бункере любого типа устанавливается один датчик уровня пыли (на чертеже не показано).
Корпус фильтра снабжен опорной эстакадой, выполненной в виде по крайней мере трех стоек 8, жестко связанных между собой горизонтальными тягами 9 и наклонными ребрами жесткости 10, один конец которых соединен со стойками 8 и тягами 9, а другой - с бункером 17 фильтра. На эстакаде жестко установлены и закреплены между собой и корпусом фильтра лестницы 23 и ограждения 11.
При этом отношение габаритных размеров фильтра с эстакадой высоты Н и длины L лежит в оптимальном интервале величин H/L=1,0÷2,0;
отношение высоты Н фильтра к высоте В эстакады лежит в оптимальном интервале величин H/B=1,0÷2,0;
отношение высоты М геометрического центра фланца 13 для выхода очищенного газа к высоте N геометрического центра фланца 15 для входа очищаемого газа в фильтрующую камеру 7 лежит в оптимальном интервале величин M/N=1,5÷2,0.
ф
2
Фильтрующие рукава (на чертеже не показано) компонуются в легкосъемные кассеты, по 6 штук в каждую кассету, вертикально (возможно по 4 шт. для легких пылей; картриджи - по 2 шт. в кассете для тонкодисперсной пыли и т.п.). Фильтрующие рукава имеют в поперечном сечении прямоугольную форму (общая площадь фильтрации S=1,4м). Рукавные фильтроэлементы - плоские; имеют прямоугольное сечение - 34×32 мм, высота 2 и 3 м. В фильтрах собираются в кассеты, в основном по 6 или 4 штуки (вес кассет соответственно 18 и 14 кг). Замена фильтрорукавов и картриджей осуществляется только кассетами. Фильтроэлемент подобной формы имеет следующие преимущества: высокая компактность; повышенная степень регенерации. Это связано с тем, что у плоского рукава меньше внутренний объем, что увеличивает инжекцию.
В качестве материала фильтроэлементов рукавного фильтра может быть применен: нетканый полиэстер, упрочненный внутренней каркасной сеткой; нетканый арамид, упрочненный внутренней каркасной сеткой; нетканый тонковолокнистый полиэстер, упрочненный внутренней каркасной сеткой, со специальным покрытием; влагостойкий нетканый полиэстер, упрочненный внутренней каркасной сеткой, со специальным покрытием; нетканый, упрочненный внутренней каркасной сеткой полиэстер, антистатический с масловлагоотталкивающей пропиткой с гладкой поверхностью; нетканый тонковолокнистый полиэстер, упрочненный внутренней каркасной сеткой, со специальным покрытием. Фильтрорукава для фильтроэлементов сшиты из нетканого армированного фильтроматериала (полиэстер или номекс) со специальной пропиткой.
Картриджные фильтроэлементы имеют размеры: диаметр 327 мм, высота 1 м.
3
Фильтроэлементы выполнены из специального фильтрополотна и отличаются большей площадью фильтрации по сравнению с кассетой, оснащенной шестью рукавами. Тонковолокнистый состав фильтроэлемента позволяет получать очень низкие показатели по остаточной запыленности - не более 0,2 мг/м.
Картриджные фильтроэлементы применяются в случае получения высокой степени очистки и малых габаритов фильтра. В фильтрах собираются по 2 штуки в кассету (вес кассеты - 10,4 кг.)
Фильтры могут также комплектоваться: коническим, плоским либо специальным бункером, горизонтальным циклоном, позволяющим уменьшить входную пылевую нагрузку и обеспечить искрогашение; газовоздушным охладителем газа, уменьшающим температуру идущего в фильтр газа; клапаном подсоса атмосферного воздуха, а также отсечными и регулирующими клапанами для установки на газоходах; транспортным контейнером - пылесборным ящиком; пылевыгружными устройствами; аспирационным рукавом пылевыгрузки (на чертеже не показано).
3
Область применения предлагаемой конструкции фильтра - фильтрация сухих пылегазовых сред малых расходов - от 1100 до 30000 м/час, при установке в стесненных условиях.
3
3
Работа с высоким начальным запылением и низким остаточным пылесодержанием (не превышающим 10 мг/м в стандартном исполнении; при использовании кассет с картриджными фильтроэлементами или фильтроматериалом "нетканый тонковолокнистый полиэстер" - до 0,2 мг/м; очищенный воздух можно сбрасывать прямо в цех).
Универсальность фильтров: простая замена кассет с фильтроэлементами на кассеты другого типа позволяет использовать фильтр для фильтрации других типов пыли (например, фильтровать сначала тяжелые, а потом легкие пыли).
Импульсная система регенерации фильтрорукавов с соплами "Вентури" и плоскими прямоугольными фильтрорукавами позволяет эффективно работать с липкими, комкующимися пылями.
Рукавные фильтры могут быть укрыты от воздействия окружающей среды. В этом случае фильтры возможно комплектовать: легким навесом над системой регенерации и площадкой обслуживания, теплоизолированным покрытием корпуса рукавного фильтра, теплоизолированным покрытием бункера, укрытием подбункерного помещения из профлиста или теплоизоляционных сендвич-панелей (на чертеже не показано).
Импульсная система регенерации рукавного фильтра (фиг.6) включает в себя клапанные блоки 26, в которых смонтированы электромагнитные клапаны 25, вход которых соединен с выходом управляющего контроллера 32; импульсные клапаны 27 с импульсными трубами и патрубками, сопла Вентури 23; дифманометр 31, подключенный через датчик давления 28 к камере 22 для выхода очищенного газа и через датчик давления 29 к фильтрующей камере 7 для входа очищаемого газа, а также комплект арматуры для подвода сжатого воздуха к блокам клапанов (на чертеже не показано), причем дифманометр 31 соединен с управляющим контроллером 32.
Система обеспечения пожаровзрывобезопасности работы фильтра (на чертеже не показано) содержит датчик температуры, установленный в корпусе фильтра, аварийный датчик уровня пыли, установленный в бункере для сбора пыли. В камере 22 для выхода очищенного газа установлен тепловой автоматический датчик-извещатель, причем входы и выходы датчиков соединены с управляющим контроллером 32, при этом в камере 22 для выхода очищенного газа установлен коллектор с форсунками для подключения к системе пожаротушения, блок управления которой также соединен с управляющим контроллером 32.
Двухступенчатая система пылеулавливания со спирально-коническим циклоном работает следующим образом.
Запыленный газовый поток подается через патрубок 38 в акустическую колонку 35 с генератором звуковых колебаний 36, при этом параметры звуковых колебаний настраиваются от блока управления 37 (фиг.1-2). В звуковой колонке 35 происходит отделение от воздуха пылевых частиц, так как под действием звукового поля и связанных с ним колебательных процессов, происходящих в воздушной среде, пылевые частицы коагулируются, а крупные частицы оседают в коническую часть колонны, откуда газовоздушный поток поступает на вторичную очистку в циклоне через воздуховод 34 на ввод 4. Затем запыленный газовый поток поступает в спирально-конический циклон через входной патрубок 4, закручивается за счет спирального ввода и движется далее по нисходящей винтовой линии вдоль стенок 1 аппарата. В результате чего частицы пыли под действием центробежной силы движутся от центра аппарата к периферии и, достигая стенок аппарата, транспортируются вниз конической части 1 корпуса к пылевыпускному отверстию 3 для сбора уловленной пыли. Предварительно очищенный воздух выводится из циклона через выхлопную трубу 5. При этом легкие, мелкодисперсные фракции частиц пыли, не уловленные в коническую часть 1 корпуса, задерживаются фильтрующей камерой 7 рукавного фильтра. Отражающая шайба 6, установленная соосно корпусу циклона в средней его части, предотвращает унос мелкодисперсной фракции частиц пыли, повышая тем самым эффективность пылеулавливания.
Процесс пылеулавливания протекает в оптимальном гидродинамическом режиме при следующих соотношениях основных конструктивных параметров предлагаемого устройства:
- отношение внутреннего диаметра D цилиндрической части корпуса спирально-конического циклона к внутреннему диаметру d выхлопной трубы для очищенного газа находится в оптимальном интервале величин: D/d=0,33…0,34;
1
1
- отношение внутреннего диаметра D цилиндрической части корпуса к внутреннему диаметру пылевыпускного отверстия d находится в оптимальном интервале величин: D/d=0,23…0,33;
- отношение высоты конической части корпуса к высоте цилиндрической части корпуса находится в оптимальном интервале величин: Hк/Hц=4,0…5,5;
- отношение высоты внешней части выхлопной трубы очищенного газа к высоте цилиндрической части корпуса находится в оптимальном интервале величин: hв/Hц=0,37…0,57;
- отношение высоты конической части корпуса к диаметру цилиндрической части корпуса находится в оптимальном интервале величин: Hк/D=2,1…3,0;
- отношение высоты, ширины и длины входного патрубка к диаметру цилиндрической части корпуса находится в оптимальном интервале величин: (a/D)/(b/D)/(l/D)=0,535/0,264/0,6…0,515/0,214/0,6.
Затем запыленный газовый поток поступает через фланец 15 (фиг.3-5) для входа очищаемого газа в фильтрующую камеру 7 рукавного фильтра, являющегося второй ступенью системы пылеулавливания, внутрь фильтроэлементов 24 в виде фильтрующих рукавов, где на фильтрующем материале задерживается пыль, а очищенный воздух поступает в камеру очищенного газа 22. Фланец 13 служит для выхода очищенного газа и расположен в камере 22 очищенного газа, которая находится над фильтрующей камерой 7.
Импульсная система регенерации рукавного фильтра (фиг.6) работает в следующем порядке. При фильтрации газов на поверхности рукавов нарастает слой пыли, увеличивающий гидравлическое сопротивление фильтра, т.е. перепад давления между камерой 22 и фильтрующей камерой 7 (этот перепад давления задействован в системе регенерации как управляющий фактор). Дифманометр 31 постоянно измеряет перепад давления; при достижении установленного значения (по заданному положению на циферблате) выдается сигнал на контроллер 32, последний в соответствии со своей программой запускает работу импульсных клапанов 26. При срабатывании импульсного клапана 27 сжатый воздух из данного клапанного блока через импульсную трубу с патрубком выбрасывается в сопла Вентури 23 и, далее, внутрь рукавов 24 (или картриджей). Наличие импульсных патрубков и сопел Вентури повышает эффективность воздействия импульса сжатого воздуха и обеспечивает улучшенную очистку фильтроэлементов от пыли.
Все фильтры комплектуются системой подготовки сжатого воздуха (на чертеже не показано) на входе в систему регенерации. Система подготовки допускает работу фильтра от сетевого сжатого воздуха практически при любых температурах окружающей среды. Система регенерации может устанавливаться с минимальной воздухоподготовкой: входной фильтр сжатого воздуха и влагоотделитель.
Система регенерации обеспечивает своевременную очистку рукавов от пыли и поддерживает номинальную газопроницаемость фильтроэлементов.
При недостаточной эффективности работы системы регенерации увеличивается гидравлическое сопротивление фильтра и падает расход очищаемого газа. В то же время при чрезмерном увеличении степени очистки рукавов в процессе фильтрации от осевшей пыли наблюдается повышенный проскок пыли через фильтрополотно, так как внешняя сторона рукава слишком "оголяется": с нее убирается фильтрующий слой.
Поэтому система регенерации содержит элементы, обеспечивающие настройку ее эффективности в различных эксплуатационных условиях за счет управляющего контроллера 32.
Система обеспечения пожаровзрывобезопасности работает следующим образом.
Тепловой датчик-извещатель и коллектор с форсунками системы пожаротушения установлены в камере 22 фильтра потому, что она является выходным звеном в предлагаемом устройстве, и чтобы предотвратить распространение пламени в случае возгорания дальше по вентиляционным каналам, эти системы устанавливают именно здесь, что повысит надежность и безопасность всего устройства.
Работа коллектора с форсунками осуществляется по принципу открытия аварийного электромагнитного клапана подачи воды: при подаче на клапан управляющего сигнала от управляющего контроллера 32, обрабатывающего сигнал с теплового датчика-извещателя, который в свою очередь реагирует на увеличение температуры в камере 22 фильтра, вплоть до самовоспламенения пылевых аэрозолей и фильтрующих материалов фильтроэлемента.