ЦИКЛОН
CYCLONE

Изобретение предназначено для очистки газов от пыли в поле действия центробежных сил и сил электрического взаимодействия, может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, топливно-энергетической и других отраслях промышленности.
Проблема, существующая в очистке дымовых газов от дисперсных частиц пыли, заключается в охране окружающей среды от загрязнения пылевыми частицами. Известные циклоны, решающие эту проблему, позволяют очищать дымовые газы от крупных и средних дисперсных частиц, но не улавливают частицы мелкой дисперсной фазы и вредные компоненты выброса.
Известен циклон ЦН-15 [Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии». Изд-е 8, перер., М.: Химия, 1971, 241 с]. Циклон содержит цилиндрический корпус с тангенциальным входным патрубком и коническим днищем, осевую выхлопную трубу, бункер для удаления пыли.
Циклон работает следующим образом: пылегазовый поток по штуцеру, установленному тангенциально к корпусу циклона, попадает внутрь. Запыленный газовый поток проходит по окружности вокруг выхлопной трубы и движется спирально вниз, обеспечивая отделение крупных частиц дисперсной фазы от дисперсионной среды (газа). В нижней части корпуса поток теряет скорость и меняет свое направление, вследствие чего происходит выпадение взвешенных частиц. Очищенные газы движутся по восходящей спирали к выхлопной трубе, через которую выводятся из циклона. Удаление уловленных частиц происходит через штуцер.
Известный циклон позволяет удалять из запыленного газового потока крупные и средние дисперсные частицы.
Недостатком известного циклона является низкая его эффективность при очистке запыленного газового потока от частиц мелкой дисперсной фазы из-за недостаточной их массы.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является циклон [патент РФ №2331481, B04C 9/00, опубл. 20.08.2008].
Циклон состоит из вертикального цилиндрического корпуса с коническим днищем и крышкой, входного патрубка, установленного тангенциально в верхней части корпуса, выхлопной трубы, установленной осесимметрично с цилиндрическим корпусом на крышке, патрубка для отвода уловленной пыли в нижней части конического днища, электрофильтра, состоящего из осадительного электрода, являющегося продолжением выхлопной трубы, закрепленного на кольце из диэлектрического материала, установленного с возможностью свободного вертикального перемещения, присоединенного к механизму встряхивания, и коронирующего электрода, установленного осесимметрично с трубчатым осадительным электродом.
Циклон работает следующим образом. На трубчатый осадительный и коронирующий электрод подают высокое напряжение, образующее коронный разряд в зазоре между этими электродами.
Во входной патрубок попадают очищаемый или дымовой газ. Так как входной патрубок установлен тангенциально в верхней части вертикального корпуса, то очищаемый воздух закручивается в зазоре между вертикальным цилиндрическим корпусом и внешней стенкой выхлопной трубы. Под действием центробежной силы крупные и средние частицы и капли дисперсных фракций отбрасываются к стенке вертикального цилиндрического корпуса и опускаются вниз в коническое днище к патрубку для отвода уловленной пыли.
Очищаемый таким образом воздух или дымовой газ с частицами или каплями мелкой дисперсной фракции поднимаются вверх между стенкой трубчатого осадительного электрода и коронирующего электрода. Электроны и ионы газового потока, образующиеся в коронном разряде, сталкиваются с частицами и капельками мелкой дисперсной фракции, заряжают их и заставляют под действием электрического поля оседать на трубчатом осадительном электроде.
После накопления уловленных частиц и капель мелкой дисперсной фракции на трубчатом осадительном электроде и крупных и средних частиц и капель дисперсной фракции в коническом днище подачу очищаемого воздуха или дымового газа во входной патрубок прекращают, открывают крышку патрубка для отвода уловленной пыли и удаляют частицы крупных и средних фракций, уловленных в цилиндрическом корпусе и его конической части в отдельную емкость. Затем включают механизм встряхивания, который передает колебания по штанге на трубчатый осадительный электрод. Под действием этих колебаний уловленные частицы и капли мелкой дисперсной фракции сбрасываются со стенки трубчатого осадительного электрода в коническое днище к патрубку для отвода уловленной пыли и все уловленные частицы и капли мелкой дисперсной фракции удаляют из конического днища в другую емкость.
Циклон позволяет удалять из запыленного газового потока крупные, средние и мелкие дисперсные частицы.
Недостатком циклона является то, что при накоплении пыли в циклоне для его очистки необходимо прекращение подачи в него пылегазового потока, что приводит к прерыванию процесса очистки. В результате для обеспечения непрерывности очистки требуется установка дополнительного аппарата, что приводит к повышению стоимости очистки газа.
Задачей изобретения является создание циклона, позволяющего повысить степень очистки дымовых газов за счет удаления мелкой дисперсной фракции без прерывания процесса очистки и снизить стоимость очистки газа.
Для решения поставленной задачи в циклоне, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с коническим днищем, снабженным патрубком для удаления пыли, патрубком для подачи запыленного газового потока, расположенным тангенциально к корпусу, крышку, выхлопную трубу, электрофильтр, встряхивающий механизм, верхняя часть выхлопной трубы, расположенная над крышкой циклона, выполнена в виде бункера для сбора уловленной пыли с патрубком для ввода очищаемого газа, соединенного с нижней часть выхлопной трубы, и патрубком для удаления очищенного газа, а электрофильтр расположен внутри бункера для сбора пыли с возможностью перекрытия газового потока и выполнен в виде барабана с закрепленными на нем лопастями, каждая из которых представляет собой рамку с последовательно установленными коронирующим и осадительными электродами, при этом встряхивающий механизм выполнен в виде механического ударника, закрепленного на внутренней стороне бункера для сбора пыли.
Признаками, отличающими заявляемый циклон от прототипа, являются выполнение выхлопной трубы в виде бункера для сбора уловленной пыли, снабженного патрубком для ввода очищаемого газа и патрубком для удаления очищенного газа, выполнение электрофильтра в виде барабана с закрепленными на нем лопастями, каждая из которых представляет собой рамку с последовательно установленными коронирующим и осадительными электродами, и размещение его внутри бункера для сбора пыли с возможностью перекрытия газового потока, выполнение встряхивающего механизма в виде механического ударника, закрепленного на внутренней стороне бункера для сбора пыли.
Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна».
Благодаря отличительным признакам повышается степень очистки газа без прерывания процесса очистки для регенерации. Это обусловлено тем, что пылегазовый поток, предварительно очищенный в цилиндроконическом корпусе циклонного аппарата, проходит через лопасти электрофильтра, где электроны и ионы газового потока, образующиеся в коронном разряде между коронирующими и осадительными электродами, сталкиваются с частицами и капельками мелкой дисперсной фракции, заряжают их и заставляют под действием электрического поля оседать на осадительных электродах. Очищенный от пыли газовый поток приводит во вращение барабан электрофильтра и удаляется через патрубок для удаления очищенного газа. Вследствие вращения барабана лопасть, загрязненная осевшей на ней мелкой дисперсной фракцией пыли или жидкости, поворачивается и уходит из области движения газового потока, а ее место занимает незагрязненная. При дальнейшем вращении лопасть взаимодействует со встряхивающим механизмом. При этом взаимодействии на рамку передается вибрация от встряхивающего механизма. Мелкая фракция пыли и жидкости, осевшая на осадительных электродах рамки, отделяется от последних и попадает в нижнюю часть бункера для сбора пыли. Очищенный от крупной, средней, мелкой дисперсной фракции газовый поток удаляется через патрубок для удаления очищенного газа.
Неожиданным эффектом при работе заявляемого циклона является то, что частицы пыли, скапливающиеся в нижней части бункера для сбора пыли, за счет электрического заряда слипаются, что препятствует их вторичному уносу восходящим потоком газа. Это повышает степень очистки загрязненного газового потока. Следовательно, заявляемое решение соответствует критерию охраноспособности «изобретательский уровень».
Предлагаемый циклон для очистки газов иллюстрируется чертежами. На фиг.1 показан вертикальный разрез циклона, на фиг.2 - лопасть в виде рамки с последовательно закрепленными на ней коронирующими и осадительным электродами.
Циклон содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с коническим днищем 2, снабженным патрубком 3 для удаления пыли, патрубок 4 для подачи в аппарат запыленного газового потока, расположенный тангенциально к корпусу 1, крышку 5, выхлопную трубу 6, верхняя часть которой выполнена в виде бункера 7 для сбора уловленной пыли, снабженного патрубком 8 для ввода очищаемого газа и патрубком 9 для удаления очищенного газа, электрофильтр 10, выполненный в виде барабана 11 с закрепленными на нем лопастями 12, каждая из которых представляет собой рамку 13 с последовательно установленными коронирующим 14 и осадительными 15 электродами, встряхивающий механизм 16 в виде механического ударника, закрепленного на внутренней стороне бункера для сбора пыли 7.
Циклон работает следующим образом. Пылегазовый поток по тангенциальному входному патрубку 4 попадает внутрь цилиндроконического корпуса 1, движется по спирали вниз. Под действием центробежных сил крупные и средние дисперсные частицы пыли отбрасываются к стенкам корпуса, соударяются с ними и скатываются вниз. Пылегазовый поток в нижней точке конической части корпуса 2 под действием разности давления разворачивается и устремляется восходящим вихревым потоком в выхлопную трубу 6. В момент смены направления движения пылегазового потока из него выделяются пылевые частицы средней и крупной дисперсной фракции. Пылевые частицы средней и крупной дисперсной фракции удаляются через патрубок для удаления пыли 3.
Пылегазовый поток, очищенный от крупной и средней дисперсной фракции пыли, поднимается вверх по выхлопной трубе 6 и патрубку 8 для подачи очищаемого газа, проходит сквозь лопасти 12 электрофильтра 10. Электроны и ионы газового потока, образующиеся в коронном разряде между коронирующими 14 и осадительными электродами 15, сталкиваются с частицами и капельками мелкой дисперсной фракции, заряжают их и заставляют под действием электрического поля оседать на осадительных электродах 15. В то же время очищаемый газовый поток приводит во вращение барабан 11 электрофильтра. При вращении барабана 11 электрофильтра лопасть 12, загрязненная осевшей на ней мелкой дисперсной фракцией пыли или жидкости, поворачивается и уходит из области движения газового потока, а ее место занимает незагрязненная. При дальнейшем вращении лопасть 12 взаимодействует со встряхивающим механизмом 16. При этом взаимодействии на рамку 13 передается вибрация от встряхивающего механизма 16. Мелкая фракция пыли и жидкости, осевшая на осадительных электродах 15 рамки 13, отделяется от последних и попадает в нижнюю часть бункера для сбора пыли 7. Очищенный от крупной, средней, мелкой дисперсной фракции газовый поток удаляется через патрубок для удаления очищенного газа 9.