Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕД ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к устройствам для очистки газообразных сред от взвешенных частиц и может найти применение в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для очистки газообразных сред от взвешенных частиц - п. РФ №2092229, В 01 D 45/08, опубл. 10.10.97, БИ №28, выполненное в виде прямоточного циклона, содержащее разъемный корпус с входным и выходным штуцерами на нижней и верхней крышках соответственно, жалюзийные элементы в виде конусных насадок, поверхности которых расположены под углом к оси устройства, кольцевые перегородки, бункер для сбора взвешенных частиц с выпускным штуцером, завихритель потока в виде стержня с многовитковой направляющей спиралью, установленный по оси устройства внутри конусных насадок.

Работа устройства основана на использовании центробежных сил, возникающих при вращении газопылевого потока и отбрасывающих взвешенные частицы пыли в зазоры между конусными насадками, откуда они под действием сил гравитации устремляются к периферии насадок, “проваливаются” вниз через отверстия в кольцевых перегородках, заполняя бункер. Очищенная таким образом газообразная среда выводится через выходной штуцер.

Недостатком такого аппарата является сложность конструкции и невысокая степень очистки газообразных сред при наличии взвешенных частиц различного размера (особенно мелкодисперсных частиц при малых скоростях движения газопылевого потока), требующих различных режимов эксплуатации, что наряду с необходимостью проведения точных расчетов, соблюдения высокой точности изготовления и сборки не позволяет использовать его эффективно в широком диапазоне расходов пылегазового потока.

Наиболее близким по конструкции и технической сущности к предлагаемому устройству является возвратно-проточный циклон, служащий для очистки газообразных сред от взвешенных частиц - а.с. СССР №1722604, В 04 С 5/08, опубл. 30.03.92, БИ №12, содержащий цилиндрический корпус с размещенным в его верхней части тангенциальным патрубком ввода запыленной газовой среды, вставку, выполненную в виде усеченного конуса с расположением вершины ее конической поверхности на уровне верхнего края бункера для сбора пыли, присоединенного к нижней части корпуса, осевую выхлопную трубу для отвода очищенного газа.

Работа циклона основана на использовании центробежных сил, возникающих при вращении газопылевого потока внутри корпуса циклона, в результате чего взвешенные в потоке частицы пыли отбрасываются к стенкам корпуса и, выпадая из потока, осыпаются в бункер. Очищенный газообразный поток разворачивается на 180° и отводится из циклона через осевую выхлопную трубу. Но в корпусе вследствие наличия конической вставки и вращательного движения потока давление в поперечном сечении неодинаково, что способствует образованию в центре зоны разрежения. Поэтому одновременно с движением газового потока по спирали вдоль стенки в нижней части (в месте разворота потока от цилиндрического корпуса к выхлопной трубе) поток движется от периферии к центру по спирали Архимеда, захватывая тонкодисперсные твердые частицы и частицы меньшей плотности. Там они концентрируется в виде закручивающегося жгута и увлекаются вместе с отходящим очищенным газовым потоком, снижая тем самым эффективность очистки. Кроме того, недостатком устройства является то, что для предотвращения возможности вторичного уноса осажденного материала требуется высокая точность сборки устройства, обеспечивающая позиционирование вершины конической вставки на уровне верхней границы бункера.

Задача изобретения - расширение диапазона режимов эксплуатации и повышение эффективности очистки газа за счет улучшения выделения из пылегазовой среды мелкодисперсных частиц и предотвращения вторичного уноса уже отсепарированных частиц.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом устройстве для очистки газообразных сред от взвешенных частиц, содержащем цилиндрический корпус с размещенным тангенциально в его верхней части штуцером ввода запыленной газообразной среды, осевой отводящий патрубок с выходным штуцером для вывода очищенной газообразной среды, съемный бункер для сбора взвешенных частиц, осевой отводящий патрубок снабжен съемной крышкой, на ней смонтирован винтовой завихритель, обладающий возможностью вертикального перемещения. Лопасти завихрителя размещены с дифференцированным шагом, уменьшающимся по ходу движения пылегазовой среды в отводящем патрубке, и под углом, превышающим угол естественного откоса улавливаемого загрязнения, обеспечивая при этом спутное с корпусом направление закрутки газового потока внутри отводящего патрубка. Выходной штуцер расположен тангенциально к отводящему патрубку. Возможность вертикального перемещения завихрителя обеспечена его резьбовым соединением со съемной крышкой отводящего патрубка.

Существенность отличительных признаков заявленного устройства заключается в применении двухстадийной очистки, реализованной организацией вращательно-поступательного движения газопылевой среды в корпусе и отводящем патрубке, вследствие наличия тангенциального ввода в корпусе и винтового завихрителя в отводящем патрубке. Это позволяет на первой стадии выделить из газопылевого потока наиболее крупные частицы, а на второй стадии осуществить сепарацию мелкодисперсной пыли и предотвратить возможность вторичного уноса частиц, увлекаемых из бункера с отходящим газовым потоком. Благодаря предложенной геометрии лопастей винтового завихрителя поток продолжает спутную крутку с меньшим радиусом, претерпевая увеличение центробежной силы, отбрасывающей мелкодисперсные частицы пыли к стенке отводящего патрубка, откуда они устремляются в бункер через имеющийся зазор между стенкой и лопастями. Спутное направление движения потока препятствует образованию застойных зон и излишнему торможению потока при развороте, снижая тем самым гидросопротивление устройства.

Следует заметить, что в случае изменения расхода и состава газопылевой среды для сохранения высокой эффективности пылеулавливания предусмотрена возможность регулировки положения завихрителя, позволяющая регулировать время пребывания частиц в зоне сепарации отводящего патрубка. Заданная геометрия лопастей завихрителя и размещение их с дифференцированным шагом, уменьшающимся по ходу движения пылегазовой среды в отводящем патрубке устройства, позволяет оптимизировать интенсивность крутки потока, сконцентрированного в центральной части корпуса, что способствует снижению гидросопротивления устройства, повышает эффективность улавливания мелкодисперсных частиц пылегазовой среды и предотвращает возможность вторичного уноса отсепарированных частиц. Для удобства эксплуатации устройства и осуществления замены завихрителя предусмотрена разъемная конструкция крышки отводящего патрубка.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид сверху.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1 с размещенным тангенциально в его верхней части штуцером ввода 2 запыленной газообразной среды, осевой отводящий патрубок 3 с расположенным тангенциально штуцером вывода 4 очищенной газообразной среды и осевым винтовым завихрителем 5, обладающим возможностью вертикального перемещения за счет резьбового соединения со съемной крышкой 6, установленной на отводящий патрубок 3, присоединенный к нижней части корпуса съемный бункер для сбора взвешенных частиц 7. Лопасти 8 винтового завихрителя 5 размещены с дифференцированным шагом, уменьшающимся по ходу движения пылегазовой среды в отводящем патрубке устройства, и наклонены относительно вертикальной оси устройства под углом α, превышающим угол естественного откоса взвешенных частиц.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Пылегазовая среда подается в цилиндрический корпус 1 через размещенный тангенциально в его верхней части штуцер ввода 2. Под действием центробежных сил, возникающих при вращательно-поступательном движении газопылевого потока, частицы пыли или золы отбрасываются к стенке корпуса 1 и, выпадая из потока, оседают в бункере для сбора взвешенных частиц 7. Очищенный газообразный поток разворачивается на 180° и отводится из аппарата через штуцер вывода 4 осевого отводящего патрубка 3. Но в корпусе вследствие вращательного движения потока давление в поперечном сечении неодинаково, что способствует образованию в центре устройства зоны разрежения. Поэтому одновременно с движением газового потока по спирали вдоль стенки в месте разворота потока от цилиндрического корпуса 1 к отводящему патрубку 3 он движется от периферии к центру по спирали Архимеда, захватывая тонкодисперсные твердые частицы и частицы меньшей плотности, где они концентрируется в виде закручивающегося жгута и увлекаются вместе с очищенным газовым потоком в отводящий патрубок 3. Для предотвращения уноса этих частиц и частиц, увлекаемых отходящим потоком из бункера, установлен винтовой завихритель 5, который крепится на съемной крышке 6 и имеет возможность вертикального перемещения, что позволяет регулировать время пребывания загрязняющих частиц в зоне сепарации отводящего патрубка 3, снизить гидросопротивление аппарата и повысить эффективность очистки. Лопасти 8 винтового завихрителя 5 имеют спутное направление закрутки с направлением движущегося в зоне корпуса 1 пылегазового потока, что препятствует образованию застойных зон и излишнему торможению потока при развороте, снижая тем самым гидросопротивление устройства. При этом поток, продолжая спутную крутку, но с меньшим радиусом, претерпевает увеличение центробежной силы, отбрасывающей частицы пыли к стенке отводящего патрубка 3. Повышенная скорость движения газового потока в зоне завихрителя 5 способствует более эффективной сепарации мелкодисперсных частиц пыли вследствие их слипания и концентрации в пристеночной зоне. Благодаря имеющемуся зазору между стенкой отводящего патрубка 3 и лопастями 8 отсепарированные частицы устремляются в бункер 7. Размещение лопастей 8 с дифференцированным шагом, уменьшающимся по ходу движения пылегазовой среды в зоне отводящего патрубка 3, позволяет регулировать интенсивность крутки пылегазовой среды, время пребывания частиц в зоне сепарации, гидросопротивление устройства, что положительно сказывается на эффективности работы аппарата. Если отдельные отсепарированные частицы осядут на лопастях 8, то благодаря расположению последних под углом, превышающим угол естественного откоса этих частиц, они скатятся в зазор и также попадут в бункер 7. По мере заполнения бункер 7 очищается, для чего предусмотрена возможность его отсоединения от корпуса 1. При изменении расхода и состава пылегазовой среды для сохранения высокой эффективности улавливания пыли имеется возможность замены завихрителя 5, для чего предусмотрена разъемная конструкция крышки 6 отводящего патрубка 3.

Преимущество предложенного устройства по сравнению с прототипом заключается в том, что благодаря организации дополнительного вращательного движения газопылевого потока в зоне отводящего патрубка удается предотвратить вторичный унос отсепарированных частиц и добиться выделения из потока мелкодисперсных частиц, увлекаемых отходящими газами из центральной зоны устройства, что способствует расширению диапазона режимов эксплуатации и повышению эффективности очистки.