ЦИКЛОН-ФИЛЬТР
CYCLONE-FILTER

Изобретение относится к технике пылеулавливания и может быть использовано для очистки выбросов производственных объектов, в том числе загрязненных особо опасными взвесями, а также при необходимости тонкой очистки и обеззараживания вентиляционного воздуха, подаваемого, например, в операционные отделения учреждений здравоохранения.
Известные конструкции отечественных и зарубежных циклонов имеют низкую степень очистки фракций пыли размером менее 15-20 мкм (М.И.Биргер, А.Ю.Вальдберг, Б.И.Мягков и др. Справочник по пыле- и золоулавливанию / Под общ. ред. А.А.Русанова. - М.: Энергоатомиздат, 1983, - с.56-67, рис.2.7-2.17). Это связано с тем, что степень инерционного пылеосаждения при вращательном движении дисперсного потока в циклоне возрастает с уменьшением его поперечного размера и увеличением скорости потока. Однако увеличение скорости сверх оптимального для данного типа циклона ведет к его быстрому абразивному износу, а уменьшение поперечного размера при соблюдении оптимальной скорости - к снижению пропускной способности. Поэтому циклоны используются в качестве первичной ступени обработки выбросов. Для осаждения тонкодисперсной взвеси система очистки должна оборудоваться дополнительными ступенями, в основном - фильтрующими устройствами.
Известен циклон, содержащий корпус, периферийный ввод газового потока, выполненный в виде входного патрубка, винтообразную крышку, бункер и выходной патрубок для выхода очищенного газа, фильтрующий элемент, установленный вне циклона на общем с ним постаменте, в котором закреплен бункер. Фильтрующий элемент представляет собой фильтрпатрон, выполненный в виде цилиндрического проволочного или стержневого каркаса с верхним глухим и нижним открытым фланцами, на котором закреплен фильтровальный материал (см. патент РФ 2306984, МПК В04С 9/00, опубл. 2007.09.27. Бюл. №27).
Однако известная конструкция не предохраняет циклон от износа при необходимости интенсифицировать обработку путем увеличения скорости потока. Кроме этого, выносной фильтрующий элемент на выходе увеличивает габариты и представляет неудобство при размещении очистной системы.
Наиболее близким по технической сущности является циклон-фильтр для очистки запыленных газов (см. патент РФ 2150988, МПК B01D 50/00, В04С 9/00, опубл. 2000.06.20. Бюл. №17).
Циклон-фильтр содержит корпус с коническим днищем, штуцер для тангенциального ввода запыленного газового потока, вращающуюся выхлопную трубу, которая одновременно выполняет функции фильтра и штуцера для отвода очищенного газа и представляет собой сварную конструкцию, частично изготовленную из пористой металлокерамики, обеспечивая дополнительную очистку газа путем его фильтрации через боковую поверхность и нижний торец. Конструкция обеспечивает компактность аппарата в результате использования рабочего объема циклона для циклонирования и фильтрования запыленного газа. Авторы также указывают, что вращение обеспечивает непрерывную регенерацию фильтрующей поверхности выхлопной трубы и отмечают достаточно низкое сопротивление установки.
Вместе с тем данный циклон-фильтр имеет существенные недостатки, не позволяющие интенсифицировать обработку путем увеличения скорости потока. Высокая эффективность улавливания тонкодисперсных (субмикронных) частиц фильтрами из металлокерамических материалов обуславливается образованием на их жесткой поверхности фильтрующего однородного пылевого слоя (М.И.Биргер, А.Ю.Вальдберг, Б.И.Мягков и др. Справочник по пыле- и золоулавливанию / Под общ. ред. А.А.Русанова. - М.: Энергоатомиздат, 1983, - с.197), скапливающегося над порами до регенерации. Сам же металлокерамический материал состоит из крупных зерен (75-150 мкм - см. там же) и, соответственно, из крупных пор и является только подложкой для основного фильтрующего слоя, образованного из однородного слоя пыли, лишь благодаря которому и способен улавливать тонкодисперсную взвесь, полностью задерживая частицы от 1 мкм и крупнее (см. там же). По конструкции, соответствующей патенту РФ 2150988, непрерывная регенерация мешает образованию стабильного фильтрующего однородного пылевого слоя на металлокерамическом материале, и мелкие частицы будут проскакивать через его очищенные поры на выход установки. Попытка интенсифицировать обработку, увеличив скорость потока, приведет к увеличению скорости вращения выхлопной трубы и более интенсивной очистке металлокерамической поверхности. Следовательно, возрастет проскок мелких частиц через установку. При увеличении скорости потока усугубляется также проблема интенсификации абразивного износа металлической и особенно вращающейся пористой металлокерамической поверхностей циклона.
Техническим результатом (задачей) изобретения является интенсификация циклонной обработки путем увеличения скорости дисперсного потока с целью повышения степени осаждения тонкодисперсных частиц при условии предотвращения абразивного износа внутренних поверхностей аппарата.
Технический результат достигается тем, что в циклоне-фильтре, содержащем цилиндрический корпус с коническим днищем, штуцер тангенциального ввода запыленного газового потока, вращающуюся выхлопную трубу, которая одновременно выполняет функции фильтра и штуцера для отвода очищенного газа и представляет собой сварную конструкцию, частично состоящую из фильтровального материала, согласно изобретению сварная конструкция выполнена в виде каркаса, на котором закреплен плотный фильтровальный материал (например, войлок или фетр), а внутренняя поверхность цилиндрической части корпуса задрапирована тонкой фильтровальной тканью, например тканью лавсан Л-4, арт.217, для регенерации которой, например, путем периодической обратной продувки снаружи цилиндрической части корпуса установлены продувочные штуцеры.
Результат достигается также тем, что штуцер отвода очищенного газа аппарата снабжен приспособлением для присоединения системы периодической обратной продувки плотного фильтровального материала.
Результат достигается также тем, что в ситуации, когда необходим ремонт внутренней части аппарата или/и аппарат предназначается для очистки выбросов с невысокой запыленностью, верхний торец и цилиндрическая часть корпуса выполнены разъемными, что позволяет производить ремонт или/и замену отработанных плотного и/или тонкого фильтровальных материалов.
2
1
Результат достигается также тем, что в ситуации, когда аппарат предназначен для очистки выбросов с загрязнителями особой опасности, например с радиоактивной пылью, внутри цилиндрической части корпуса установлены рольганги для закрепления тонкой фильтровальной ткани, снаружи цилиндрической части корпуса установлены приемная и раздаточная кассеты для замены тонкой фильтровальной ткани, при этом штуцер выхлопной трубы снабжен установленным на нем вертикальным цилиндрическим пеналом, причем внутренний диаметр штуцера и пенала D превышает наружный диаметр D сварного цилиндрического каркаса вместе с закрепленным на нем плотным фильтровальным материалом не менее чем на 50 мм. Это обеспечивает возможность замены без открывания циклона-фильтра тонкой фильтровальной ткани и плотного фильтровального материала вместе со сварным каркасом.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлен общий вид циклона-фильтра. На фиг.2, фиг.3 представлены соответственно поперечный разрез (сечение I-I) и верхняя часть продольного разреза (сечение II-II) циклона-фильтра, используемого при очистке выбросов с особо опасными загрязнителями, например с радиоактивной пылью.
Циклон-фильтр содержит штуцер для ввода запыленного газового потока 1, установленный тангенциально на цилиндрическом корпусе 2, имеющем коническое днище 3; расположенную соосно с цилиндрическим корпусом вращающуюся выхлопную трубу 4 с присоединенным к ней (например, при помощи цапфового соединения) сварным каркасом 5 с закрепленным на нем плотным фильтровальным материалом 6 (например, войлоком или фетром); закрепленную на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 циклона-фильтра тонкую фильтровальную ткань 7 (например, ткань лавсан Л-4, арт. 217); установленные радиально снаружи цилиндрического корпуса 1 продувочные штуцера 8; цапфу 9 на верхнем срезе вращающейся выхлопной трубы 4; установленный на верхней кромке цилиндрического корпуса 1 торец 10 циклона-фильтра, например, в виде фланца с центральным отверстием для вращающейся выхлопной трубы 4; детали 11 крепежа цилиндрического корпуса 1 с торцом 10.
2
2
1
При необходимости очистки выбросов с особо опасными загрязнителями, например с радиоактивной пылью, используют конструкцию, которая дополнительно содержит закрепленные снаружи корпуса кассеты - раздаточную 12 с чистой фильтровальной тканью 13 и пустую приемную 14 (для приема отработанной фильтровальной ткани); установленные у внутренней поверхности цилиндрического корпуса вертикальные рольганги 15; прикрепляемый вертикально к штуцеру выхлопной трубы 4 с внутренним диаметром D на время замены плотного фильтровального материала съемный пенал 18 с таким же внутренним диаметром D, превышающим наружный диаметр сварного цилиндрического каркаса вместе с закрепленным на нем плотным фильтровальным материалом D не менее чем на 50 мм; вставляемый вертикально по оси пенала и выхлопной трубы поворотный стержень-ключ 19 для освобождения разъемного, например цапфового, соединения 20.
Циклон-фильтр работает следующим образом (фиг.1). Дисперсный поток подают в штуцер тангенциального ввода потока 1 со скоростью, значительно превышающей оптимальную для обычного циклона такого же типа и соответствующей инерционному осаждению более чем на 50% частиц размером 1 мкм и выше. Частицы указанного диапазона после схода с линий тока попадают на ткань 7, драпирующую внутреннюю поверхность цилиндрической части корпуса 2. Интенсивность оседания пыли на ткани 7, зависящая от инерционных свойств взвешенных частиц, растет с увеличением скорости потока. Драпировка тканью 7 внутренней поверхности цилиндрической части корпуса 2 сохраняет ее от абразивного износа и позволяет увеличить скорость в аппарате до 20-30 м/с. Частицы меньшего (субмикронного) диапазона продолжают движение по линиям тока и оседают на плотном фильтровальном материале 6, закрепленном на сварном цилиндрическом каркасе 5. Очищенный газ удаляют в атмосферу через штуцер 4. Тонкую фильтровальную ткань 7 подвергают регенерации путем периодической обратной продувки через продувочные штуцеры 8. Регенерация плотного материала 6 происходит преимущественно за счет высокой скорости вращения. Сброшенную с плотного и тонкого фильтровальных материалов пыль удаляют через коническое днище 3 циклона и затвор.
В ситуациях когда штуцер отвода очищенного газа 4 может быть обездвижен (например, при отказе или ремонте подшипникового узла вращения) или при недостаточности регенерации плотного материала 6 из-за особенностей морфологии или других свойств улавливаемой пыли, согласно изобретению регенерацию плотного фильтровального материала 6 выполняют посредством периодической обратной (например, импульсной) продувки непосредственно через штуцер отвода очищенного газа 4, имеющий приспособление 9, например цапфовый элемент, для присоединения системы периодической обратной (например, импульсной) продувки плотного фильтровального материала 6.
В ситуации когда необходим ремонт внутренней части аппарата или/и он предназначен для очистки выбросов с невысокой концентрацией загрязнителя, освобождают крепежные элементы (например, болты и гайки) разъема 11, верхний торец 10 поднимают над аппаратом, вытаскивая из цилиндрической части 2 корпуса циклона-фильтра штуцер отвода очищенного газа 4 с плотным фильтровальным материалом 6 и каркасом 5, удаляют отработанные и устанавливают чистые плотный 6 и/или тонкий 7 фильтровальные материалы.
2
1
В ситуации когда аппарат предназначен для очистки выбросов с загрязнителем, представляющим особую опасность, замену плотного и тонкого материала выполняют без открывания циклона-фильтра. Для замены тонкой фильтровальной ткани конец отработанной ткани сцепляют с началом чистой ткани 13, выходящей из раздаточной кассеты 12 (фиг.2). Затем сматывают отработанную ткань в приемную кассету 14, одновременно протягивая через рольганги 15 чистую ткань 13. После полного сматывания отработанной и установки чистой ткани приемную кассету 14 удаляют, освобождая место следующей раздаточной кассете. Опустевшая кассета 12, при необходимости удаления установленного материала, например при следующей замене, выполняет функцию приемной кассеты. Для замены плотного фильтровального материала 6 на цапфе 9 выходного штуцера 4 вертикально закрепляют цилиндрический пенал 18 с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру D штуцера 4 и превышающим наружный диаметр D сварного цилиндрического каркаса 5 вместе с закрепленным на нем плотным фильтровальным материалом 6 не менее чем на 50 мм (фиг.3). Через пенал 18 и штуцер 4 пропускают поворотный стержень-ключ 19, разъединяют (например, цапфовое) соединение 20 путем осевого поворота сварного цилиндрического каркаса 5 вместе с закрепленным на нем отработанным плотным фильтровальным материалом 6, втягивают их в пенал 18. Затем ключ 19 удаляют, отсоединяют пенал 18 от выходного патрубка 4, закрывают пенал 18 снизу и сверху. На выходном патрубке 4 закрепляют новый пенал с чистым плотным фильтровальным материалом 6 на собственном цилиндрическом каркасе и перечисленные операции производят в обратном порядке.
Согласно с расчетом при переоборудовании серийного циклона ЦН-24 в соответствии с изобретением и увеличении скорости потока с оптимального для этого типа циклона значения 4,5 м/с (М.И.Биргер, А.Ю.Вальдберг, Б.И.Мягков и др. Справочник по пыле- и золоулавливанию / Под общ. ред. А.А.Русанова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983, - табл.2.8, с.64) до 18 м/с диаметр частиц, улавливаемых на 50%, уменьшается с 8,5 мкм до 0,4 мкм, что соответствует максимальному проникающему диаметру частиц через тканые фильтры (В.В.Белоусов. Теоретические основы процессов газоочистки. - М.: Металлургия, 1988, - с.228).