ВИХРЕВОЙ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ
VORTEX DUST COLLECTOR

Изобретение относится к устройствам сухой очистки газов от пыли во встречных закрученных потоках, а именно к вихревым пылеуловителям.
Известен вихревой пылеуловитель, содержащий цилиндрический корпус, в верхней части которого расположены осевой вывод очищенного газа, верхний тангенциальный ввод очищаемого потока газа в виде сопел, шайба и ввод чистого газа с завихрителем, а в нижней части корпуса расположены нижний ввод очищаемого газа с осевым лопаточным завихрителем, обтекателем и с трубой рециркуляции газа, а также цилиндроконический пылесборник, полость которого посредством трубы рециркуляции газа, соединена с зоной разряжения (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №631180, МПК B04C 3/06, публикация 17.11.1978 г.).
Недостатком известного вихревого пылеуловителя является забивание пылью лопаток осевого завихрителя, установленного в нижнем вводе очищаемого газа, и нижнего ввода очищаемого газа, следовательно, значительное снижение эффективности улавливания пыли. Отложение и забивание пылью нижнего ввода очищаемого газа приводит к прекращению работы пылеуловителя. Кроме того, сопла верхнего тангенциального ввода очищаемого потока газа формируют закрученный поток газа с недостаточно высокими значениями параметра крутки и степенью равномерности параметра крутки по поперечному сечению устройства. При этом зона сепарации вихревого пылеуловителя, определяемая в первом приближении расстоянием между срезами патрубков нижнего ввода очищаемого газа и осевого вывода очищенного газа, по всей видимости не достаточна. Величина зоны сепарации должна быть не менее двух калибров (диаметров) вихревого пылеуловителя.
Известен вихревой пылеуловитель, содержащий цилиндрический корпус, в верхней части которого расположены осевой вывод очищенного газа и верхний тангенциальный ввод очищаемого потока газа в виде сопел, а в нижней части корпуса расположены нижний ввод очищаемого газа с завихрителем, обтекателем, трубкой рециркуляции газа и с цилиндром, в котором выполнены прямоугольные на поверхности и наклоненные в сторону вращения газового потока отверстия-прорези, а также цилиндроконический пылесборник, полость которого посредством трубки рециркуляции газа, соединена с зоной разряжения (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №799823, МПК B04C 3/06, публикация 30.01.1981 г.).
Недостатком известного вихревого пылеуловителя является забивание пылью лопаток осевого завихрителя, установленного в нижнем вводе очищаемого газа, и нижнего ввода очищаемого газа. Отложение и забивание пылью нижнего ввода очищаемого газа приводит к прекращению работы пылеуловителя. Удаление части пылегазового потока через трубку рециркуляции газа требует последующей очистки в отдельном дополнительном пылеуловителе, оборудованном отдельным вентилятором. Кроме того, перетекание части пылегазового потока из нижнего ввода очищаемого газа через отверстия - прорези в нижнюю часть вихревого пылеуловителя приводит к образованию восходящих потоков в пристеночной области. Данный восходящий поток нарушает аэрогидродинамический режим работы пылеуловителя, так как в пристеночной области поток газа должен быть нисходящим или практически отсутствовать. При этом эффективность улавливания пыли значительно снижается.
Известен вихревой пылеуловитель, содержащий цилиндрический корпус с пылесборником, в верхней части которого расположены осевой вывод очищенного газа с каналами ввода чистого воздуха и с конической заглушкой, полый усеченный конус и верхний ввод очищаемого газа, а в нижней части корпуса расположены питающая труба, поворотная заслонка, нижний ввод очищаемого газа с отверстием для вывода отработанного газа из пылесборника с тангенциальными соплами, лопаточный завихритель и обтекатель (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1766524, МПК B04C 3/06, публикация 07.10.1992 г.).
Недостатком известного вихревого пылеуловителя является забивание пылью лопаток осевого завихрителя, закручивающих сопел, установленных в нижнем вводе очищаемого газа. Запыленный очищаемый пылегазовый поток в нижнем вводе забивает пылью закручивающие сопла, которые создают дополнительное аэродинамическое сопротивление в данной части аппарата. При этом возможность и организация подвода даже чистого воздуха в нижнем вводе очищаемого газа является технически сложной и трудно выполнимой для заявленного устройства. Кроме того, попадание части пылегазового потока из нижнего ввода очищаемого газа через отверстие в нижнюю часть перед бункером вихревого пылеуловителя, приводит к образованию в ней восходящих потоков в пристеночной области. Данный восходящий поток нарушает аэрогидродинамический режим работы пылеуловителя, когда в пристеночной области и в нижней предбункерной части вихревого пылеуловителя поток газа должен быть нисходящим (вертикальная составляющая проекции вектора движения потока должна совпадать с направлением силы тяжести или практически отсутствовать). Поворотная заслонка, устанавливаемая в нижнем вводе очищаемого газа запатентованной конструкции вихревого пылеуловителя, также создает дополнительное аэродинамическое препятствие, способствующее отложению пыли на горизонтальном участке нижнего ввода очищаемого газа. Это приводит к забиванию пылью нижнего ввода очищаемого газа и снижает надежность работы вихревого пылеуловителя. При этом эффективность улавливания пыли также значительно уменьшается.
Известен вихревой пылеуловитель, содержащий цилиндрический корпус, в верхней части которого расположены осевой вывод очищенного газа, верхний тангенциальный ввод очищаемого потока газа и ввод чистого воздуха, выполненный в виде установленной коаксиально в сепарационной камере вертикальной заглушенной снизу трубы с отверстиями, цилиндроконический пылесборник с выводом уловленный пыли и рециркуляционным трубопроводом. В пылесборнике расположены нижний ввод очищаемого газа с полой отбойной шайбой, полость которой соединена внизу с нижним вводом чистого воздуха и вверху полостью полого тора, имеющего по периметру выпускные отверстия, конический раструб и жалюзийная решетка. По оси нижнего ввода очищаемого газа установлен полый вытеснитель с отверстиями, полость которого соединена с полостью рециркуляционного трубопровода (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1327980, МПК B04C 3/06, публикация 07.08.1987 г.).
Недостатком этого известного вихревого пылеуловителя является забивание пылью в нижнем вводе очищаемого газа, в нижнем горизонтальном участке и коленном отводе рециркуляционного трубопровода очищаемого газа. При этом установленный полый тор, через полость которого подается чистый воздух, не предотвращает оседание пыли в нижнем вводе очищаемого газа. Кроме того, авторами патента указывается на незначительный расход чистого воздуха (не более 5%) от расхода очищаемого газа через вертикальную трубу, оборудованную в нижней части заглушкой и отверстиями, расположенными в зоне сепарации. Это приводит к отложению пыли в отверстиях, размер которых для эффективной работы данного элемента должен быть весьма незначительным. Все это значительно снижает надежность работы и эффективность улавливания пыли в вихревом пылеуловителе.
Известен вихревой пылеуловитель, содержащий цилиндрический корпус с пылесборником, в верхней части которого расположены осевой вывод очищенного газа и верхний тангенциальный ввод очищаемого потока газа, имеющий прямоугольное поперечное сечение с соотношением сторон, равным 1:(1,5-2,0), а в нижней части корпуса расположены нижний тангенциальный ввод очищаемого газа, имеющий прямоугольное поперечное сечение с соотношением сторон, равным 1:(1,5-2,0), с размещенными с ним последовательно начальным цилиндрическим прямым участком, криволинейным цилиндрическим коленом с радиусом поворота оси 2,0-2,5 величины его внутреннего диаметра и с винтовым завихрителем внутри него и оконечным цилиндрическим прямым участком, полости которых сообщены между собой, при этом начальный и оконечный участки расположены относительно друг друга под углом 90±2 градуса. В торце начального участка установлен люк осмотра с внутренним диаметром, равным 0,7-0,8 величины внутреннего диаметра начального участка. На внешней поверхности оконечного прямого участка установлена отбойная конусная шайба, выполненная в виде пустотелого усеченного конуса, большее основание которого обращено вниз и установлено на уровне нижнего конца цилиндрического корпуса с кольцевым зазором между ними и с углом наклона образующей к большому основанию 60-75 градусов. Винтовой завихритель выполнен в виде ленточной спирали с прямоугольным поперечным сечением с соотношением сторон, равным 1:(1,5-2,5), и с шириной ленты, равной 0,05-0,10 величины внутреннего диаметра колена нижнего ввода, с шагом спирали, равным 1,0-1,5 величины внутреннего диаметра колена, с углом наклона ленточной спирали к стенке колена, равным 10-15 градусов. Под отбойной конусной шайбой установлен цилиндрический короб, полость которого сообщена с полостью рециркуляционного вывода газа. Цилиндрический короб открыт сверху и закрыт снизу. Рециркуляционный вывод газа выполнен тангенциальным с прямоугольным поперечным сечением с соотношением сторон, равным 1: (1,5-2,0). Цилиндрический корпус установлен на цилиндроконический пылесборник большего диаметра, при этом соотношение их внутренних диаметров равно 1: (1,3-2,0), патрубок выгрузки уловленной пыли расположен в нижней части пылесборника (см. описание изобретения к патенту РФ N 2124384, B01D 45/12, МПК B04C 3/06, публикация 10.01.1999).
Недостатком этого известного вихревого пылеуловителя, принятого в качестве прототипа, является сложность изготовления и установки в нижнем коленном отводе винтового завихрителя, выполненного в виде в ленточной спирали прямоугольного поперечного сечения, а также вероятность забивания пылью нижнего тангенциального ввода очищаемого газа и начального цилиндрического прямого участка нижнего ввода. Все это снижает как надежность работы, так и эффективность улавливания пыли в вихревом пылеуловителе.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности улавливания пыли за счет конструктивных решений выполнения элементов закрутки потоков в нижнем вводе очищаемого газа.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Вихревой пылеуловитель содержит цилиндрический корпус, в верхней части которого расположены осевой вывод очищенного газа и верхний тангенциальный ввод вторичного потока очищаемого газа, имеющий прямоугольное поперечное сечение с соотношением сторон, равным 1:(1,5-2,0), а в нижней части корпуса расположены нижний тангенциальный ввод первичного потока очищаемого газа, имеющий прямоугольное поперечное сечение с соотношением сторон, равным 1:(1,5-2,0), с размещенными с ним последовательно начальным цилиндрическим прямым участком, криволинейным цилиндрическим коленом с радиусом поворота оси 2,0-2,5 величины его внутреннего диаметра, с завихрителем очищаемого газа, а также оконечным цилиндрическим прямым участком, полости которых сообщены между собой, при этом начальный и оконечный участки расположены относительно друг друга под углом 90±2 градуса, в торце начального участка установлен люк осмотра с внутренним диаметром, равным 0,7-0,8 величины внутреннего диаметра начального участка, на внешней поверхности оконечного прямого участка установлена отбойная шайба, выполненная в виде пустотелого усеченного конуса, большее основание которого обращено вниз и установлено на уровне нижнего конца цилиндрического корпуса с кольцевым зазором между ними и углом наклона образующей к большому основанию 60-75 градусов, цилиндрический корпус установлен на цилиндроконический пылесборник большего диаметра, при этом соотношение внутренних диаметров цилиндрического корпуса и цилиндрической части пылесборника равно 1:(1,3-2,0), патрубок выгрузки уловленной пыли расположен в нижней части пылесборника.
Отличием является то, что вихревой пылеуловитель дополнительно содержит тангенциальный ввод чистого воздуха, который установлен коаксиально в центре нижнего тангенциального ввода первичного потока очищаемого газа и выполнен в виде начального цилиндрического прямого участка, цилиндрического криволинейного направляющего колена с радиусом поворота оси 2,0-3,0 величины его внутреннего диаметра и оконечного цилиндрического прямого участка, полости которых сообщены между собой, при этом начальный и оконечный участки расположены относительно друг друга под углом 90±2 градуса, на верхнем конце оконечного цилиндрического прямого участка ввода чистого воздуха установлена заглушка, а на его цилиндрической поверхности выполнены вертикальные прямоугольные прорези с соотношением сторон, равным 1:(3,5-5,0), и закреплены тангенциально направляющие лопатки под углом 15-20 градусов, коаксиально оконечному цилиндрическому прямому участку ввода чистого воздуха установлен цилиндр-разделитель, закрепленный на оконечном цилиндрическом прямом участке ввода чистого воздуха, на его цилиндрической поверхности выполнены вертикальные прямоугольные прорези с соотношением сторон, равным 1:(3,5-5,0), и закреплены тангенциально направляющие лопатки под углом 15-20 градусов, в цилиндрическом криволинейном направляющем колене ввода чистого воздуха выполнена прорезь прямоугольного сечения с соотношением сторон, равным 1:(2,0-3,0), и с завихрителем - направляющей лопаткой, установленной тангенциально под углом 1-5 градусов к цилиндрической поверхности направляющего колена, при этом подача в пылеуловитель первичного потока очищаемого газа и чистого воздуха осуществляется в одном направлении.
Это позволяет повысить эффективность пылеулавливания.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен вихревой пылеуловитель на встречных закрученных потоках, общий вид.
На фиг.2 - то же, разрез А-А.
На фиг.3 - то же, разрез Б-Б.
Вихревой пылеуловитель содержит цилиндрический корпус 1, в верхней части которого расположены осевой вывод 2 очищенного газа и верхний тангенциальный ввод 3 вторичного очищаемого потока газа, имеющий прямоугольное поперечное сечение с соотношением сторон, равным 1:(1,5-2,0).
1
В нижней части пылеуловителя расположен нижний тангенциальный ввод 4 первичного потока очищаемого газа, имеющий прямоугольное поперечное сечение с соотношением сторон, равным 1:(1,5-2,0), с размещенными с ним последовательно начальным прямым цилиндрическим участком 5, криволинейным цилиндрическим коленом 6 с радиусом поворота оси R=2,0-2,5 величины его внутреннего диаметра и оконечным цилиндрическим прямым участком 7, полости которых сообщены между собой, при этом начальный 5 и оконечный 7 участки расположены относительно друг друга под углом 90±2 градуса. В торце начального участка 5 установлен люк 8 для осмотра с внутренним диаметром 0,7-0,8 величины внутреннего диаметра начального участка 5.
На внешней поверхности оконечного прямого участка 7 установлена отбойная шайба 9, выполненная в виде пустотелого усеченного конуса, большее основание которого обращено вниз и установлено на уровне нижнего конца цилиндрического корпуса 1 с кольцевым зазором между ними и углом наклона образующей конуса к большему основанию α=60-75°.
Цилиндрический корпус 1 установлен на цилиндроконический пылесборник 10, при этом соотношение диаметров корпуса 1 и пылесборника 10 составляет 1:(1,3-2,0).
Патрубок 11 выгрузки уловленной пыли расположен в нижней части пылесборника 10.
2
Вихревой пылеуловитель содержит тангенциальный ввод 12 чистого воздуха, установленный коаксиально в центре нижнего тангенциального ввода 4 первичного потока очищаемого газа и выполнен в виде начального цилиндрического прямого участка 13, цилиндрического криволинейного направляющего колена 14 с радиусом поворота оси R=2,0-3,0 величины его внутреннего диаметра и оконечного цилиндрического прямого участка 15, полости которых сообщены между собой.
Начальный 13 и оконечный 15 участки расположены относительно друг друга под углом 90±2 градуса.
1
На верхнем конце оконечного цилиндрического прямого участка 15 ввода чистого воздуха установлена заглушка 16, а на его цилиндрической поверхности выполнены вертикальные прямоугольные прорези 17 с соотношением сторон, равным 1:(3,5-5,0), и закреплены тангенциально направляющие лопатки 18 под углом β 15-20 градусов.
2
Коаксиально оконечному цилиндрическому прямому участку 15 ввода чистого воздуха установлен цилиндр-разделитель 19, закрепленный на оконечном участке 15. На поверхности цилиндра-разделителя выполнены вертикальные прямоугольные прорези 20 с соотношением сторон, равным 1:(3,5-5,0), и закреплены тангенциально направляющие лопатки 21 под углом β 15-20 градусов.
В цилиндрическом криволинейном направляющем колене 14 ввода чистого воздуха выполнена прорезь 22 прямоугольного сечения с соотношением сторон 1:(2,0-3,0) и с завихрителем - направляющей лопаткой 23, установленной тангенциально под углом 1-5 градусов к цилиндрической поверхности направляющего колена 14.
Кроме того, подача в пылеуловитель первичного потока очищаемого газа и чистого воздуха осуществляется в одном направлении.
Вихревой пылеуловитель работает следующим образом.
Вторичный поток очищаемого газа подается в корпус 1 вихревого пылеуловителя через верхний тангенциальный ввод 3, где ему сообщается винтообразное направление, что способствует образованию закрученного потока. Ввод 3 имеет прямоугольное поперечное сечение, что обеспечивает равномерность аксиальной составляющей скорости потока вторичного газа по сечению. Сформированный таким образом вторичный поток очищаемого газа движется по спирали вниз от верхнего ввода 3 к цилиндроконическому пылесборнику 10.
Первичный поток очищаемого газа подается в корпус 1 пылеуловителя через нижний тангенциальный ввод 4, который имеет прямоугольное сечение, что обеспечивает равномерность аксиальной составляющей скорости движения потока газа.
Для поддержания заданной величины параметра крутки поток очищаемого газа через начальный цилиндрический участок 5 поступает в криволинейное направляющее колено 6 и далее через оконечный цилиндрический прямой участок 7 поступает в корпус 1 вихревого пылеуловителя.
Для обеспечения стабильной работы пылеуловителя и повышения надежности предложена подача чистого воздуха в корпус 1 через тангенциальный ввод 12, установленный коаксиально в центре нижнего ввода первичного потока очищаемого газа и соединенные с ним последовательно начальный цилиндрический прямой участок 13, цилиндрическое криволинейное направляющее колено 14 и оконечный цилиндрический прямой участок 15, полости которых соединены между собой.
Подача чистого воздуха в поток очищаемого газа осуществляется в двух участках - в цилиндрическом криволинейном направляющем колене 14 и в оконечном цилиндрическом прямом участке 15 ввода чистого воздуха.
Для поддержания заданной величины параметра крутки первичного потока газа часть чистого воздуха подается через прорезь 22 прямоугольного сечения, выполненную в цилиндрическом криволинейном направляющем колене 14. Прорезь 22 снабжена тангенциальным завихрителем - направляющей лопаткой 23, которая создает дополнительное подкручивание потока чистого воздуха, поступающего в криволинейное цилиндрическое колено 6 первичного потока очищаемого газа. Происходит турбулизация - закручивание потока в криволинейном колене 6 нижнего ввода 4 первичного потока очищаемого газа, что препятствует отложению пыли в колене 6 нижнего ввода 4.
Ввод второй части чистого воздуха в поток очищаемого газа осуществляется в оконечном цилиндрическом прямом участке 15 ввода чистого воздуха через вертикальные прямоугольные прорези 17, выполненные в цилиндрической поверхности участка 15, и направляющие тангенциальные лопатки 18, закрепленные тангенциально на его поверхности. Так как верхний конец оконечного цилиндрического прямого участка 15 ввода чистого воздуха заглушен 16, чистый воздух из оконечного участка 15 проходит через прорези 17 с направляющими тангенциальными лопатками 18.
На оконечном цилиндрическом прямом участке 15 ввода чистого воздуха закреплен цилиндр-разделитель 19, на цилиндрической поверхности которого выполнены вертикальные прямоугольные прорези 20 с тангенциальными направляющими лопатками 21, через которые в корпус 1 поступает смесь чистого воздуха с очищаемым газом из оконечного участка 15 и очищаемый газ из участка 7.
Цилиндр-разделитель 19 разделяет поток очищаемого газа, поступающего в оконечный цилиндрический прямой участок 7, на два потока (смеси чистого воздуха и очищаемого газа):
- с большей концентрацией пыли, поступающей в корпус 1 через пространство, образованное стенками участка 7 подачи очищаемого газа и цилиндра-разделителя 19;
- с меньшей концентрацией пыли, поступающей в корпус 1 через цилиндрическое пространство, образованное стенками цилиндра-разделителя 19 и оконечным участком 15 ввода чистого воздуха.
Раздельная подача указанных потоков, осуществляемая разделителем 19, снижает концентрацию пыли в центральной части и увеличивает концентрацию пыли в пристеночной области корпуса 1, а также обеспечивает необходимый угол раскрытия струи потока газа, подаваемого в корпус 1 вихревого пылеуловителя, что способствует обеспечению надежности работы и увеличению эффективности улавливания пыли в вихревом пылеуловителе (не менее 99% в рабочем аэродинамическом режиме).
Подача в корпус 1 пылеуловителя первичного потока очищаемого газа и чистого воздуха осуществляется в одном направлении, что способствует созданию интенсивного закрученного потока и обеспечивает улучшенный режим пылеочистки.
Сформированный таким образом поток вторичного газа движется по спирали снизу вверх от центра к стенкам корпуса 1 пылеуловителя. Под действием центробежных сил частицы пыли отбрасываются к стенкам корпуса 1 пылеуловителя. Взаимодействие первичного и вторичного потоков газа усиливает центробежные силы, действующие на частицы пыли: в корпусе 1 образуется устойчивое закрученное в одном тангенциальном направлении и вертикально противоположное движение первичного и вторичного потоков газа. При этом под действием центробежных сил частицы пыли движутся винтообразно по спирали сверху вниз и от центра к корпусу пылеуловителя. Пыль, эффективно отбрасываясь и достигая стенок корпуса 1, направляется в нижнюю часть пылеуловителя к цилиндроконическому пылесборнику 10. Очищенный газ выводится через осевой вывод 2. Частицы пыли движутся в осевом направлении вниз под действием сил гравитации. Часть частиц, попадая на коническую отбойную шайбу 9, скользит по ее наклонной поверхности и через кольцевой зазор, образованный между отбойной шайбой 9 и стенками корпуса 1 попадает в цилиндроконический пылесборник 10.
Пыль, отделяемая в устройстве из потока очищаемого газа, по наклонной поверхности отбойной шайбы 9 и вертикальной стенки корпуса 1 поступает в полость цилиндроконического пылесборника 10. В результате происходит практически полное удаление пыли из объема устройства через кольцевой зазор между отбойной шайбой 9 и стенками корпуса 1. Выгрузка уловленной пыли осуществляется через патрубок 11.
Вихревой пылеуловитель на встречно закрученных потоках, в соответствии с данным изобретением, позволяет уменьшить количество пыли, уносимой из пылеуловителя с очищенным газом, посредством суммарного (синергетического) эффекта, образующегося при применении совокупности элементов в предлагаемой конструкции, и тем самым повысить эффективность и надежность работы пылеуловителя при стабильности пылеулавливания.