Результат интеллектуальной деятельности: ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ ВИХРЕВАЯ ПЫЛЕУЛАВЛИВАЮЩАЯ СИСТЕМА

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 является система пылеудаления по патенту RU №2471567, В04С 9/00, содержащая циклон, как первую ступень очистки, имеющий корпус, периферийный ввод газового потока, крышку, бункер и выходной патрубок для выхода очищенного газа, причем на конце выходного патрубка очищенного газа закреплен фильтрующий элемент, выполняющий функцию второй ступени очистки газовоздушной смеси от пыли (прототип).

Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса.

Технический результат - повышение эффективности и надежности процесса пылеулавливания, а также снижение металлоемкости и виброакустической активности аппарата в целом.

Это достигается тем, что в двухступенчатой системе пылеудаления, содержащей циклон, как первую ступень очистки, имеющий корпус, периферийный ввод газового потока, крышку, бункер и выходной патрубок для выхода очищенного газа, соединенный с фильтрующим элементом, выполняющим функцию второй ступени очистки газовоздушной смеси от пыли, корпус циклона выполнен из двух цилиндрических частей разного диаметра с коническим бункером, при этом в верхней части корпуса размещен осевой патрубок для вывода очищенного газа и периферийный ввод вторичного потока, а осевой ввод запыленного газа выполнен в виде прямоугольного колена, одна, наружная часть которого соединена с патрубком осевого ввода, расположенного параллельно периферийному вводу вторичного потока и перпендикулярно оси корпуса циклона, а другая, внутренняя часть, расположена осесимметрично корпусу и содержит, расположенный внутри нее, и соосный с ней, цилиндроконический обтекатель, а снаружи внутренней части прямоугольного колена закреплена коническая отбойная шайба, установленная в месте соединения цилиндрических частей корпуса с зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической части корпуса с осевым патрубком для вывода очищенного газа, который соединен воздуховодом с фильтрующей камерой рукавного фильтра, а вход рукавного фильтра соединен с выходом выхлопной трубы через фланец для входа очищаемого газа в фильтрующую камеру рукавного фильтра, имеющей вид шкафа с удобной выемкой через боковые двери вертикально расположенных фильтроэлементов в виде фильтрующих рукавов, причем фланец для выхода очищенного газа расположен в камере очищенного газа, расположенной над фильтрующей камерой, и имеет размеры поперечного сечения, равные с фланцем для входа очищаемого газа в фильтр, который дополнительно снабжен датчиком температуры, установленным в корпусе фильтровальной секции, а в бункере для сбора пыли установлен аварийный датчик уровня пыли, в выходном коробе фильтровальной секции установлен тепловой автоматический датчик-извещатель, выходы с которых соединены с управляющим контроллером, а в выходном коробе фильтровальной секции фильтра установлен коллектор с форсунками для подключения к системе пожаротушения, блок управления которым соединен с управляющим контроллером, причем бункер для сбора пыли выполнен конической или пирамидальной формы с углом наклона стенок, превышающим угол естественного откоса улавливаемой пыли, а система регенерации фильтра включает в себя клапанные блоки, в которых смонтированы электромагнитные клапаны, вход которых соединен с выходом управляющего контроллера; импульсные клапаны с импульсными трубами и патрубками, сопла Вентури; дифманометр, подключенный через датчик давления к камере для выхода очищенного газа и через датчик давления к фильтрующей камере для входа очищаемого газа, а также комплект арматуры для подвода сжатого воздуха к блокам клапанов, причем дифманометр соединен с управляющим контроллером, а форсунка встроенной системы пожаротушения, установленной в камере фильтра, выполнена с распылительным диском, содержащая цилиндрический корпус со штуцером, жестко связанным с корпусом и соосно расположенным в верхней части корпуса и, имеющим цилиндрическое отверстие для подвода жидкости, соединенное с диффузором, осесимметричным корпусу и штуцеру, при этом в нижней части цилиндрического отверстия закреплен полый конический завихритель, коническая обечайка которого фиксируется посредством, по крайней мере, трех спиц, закрепленных одним концом на конической обечайке завихрителя, в ее верхней части, а другим концом - в кольцевой канавке, выполненной на внутренней поверхности цилиндрического отверстия, при этом на внешней поверхности полого конического завихрителя выполнена сквозная винтовая нарезка, а к корпусу, в его нижней части, посредством, по крайней мере, трех спиц подсоединен распылитель, расположенный перпендикулярно оси корпуса, и выполненный в виде сплошного диска, при этом диск распылителя образован двумя поверхностями, одна из которых, обращенная в сторону диффузора, криволинейная поверхность, причем в качестве линии, образующей эту поверхность является кривая линия n-го порядка, а вторая - плоскость, а диск распылителя образован двумя конгруэнтными и эквидистантными поверхностями n-го порядка, а спицы, посредством которых диск распылителя крепится к корпусу, по форме выполнены прямыми или изогнутыми.

На фиг. 1 изображена схема двухступенчатой вихревой системы пылеулавливания, на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1, на фиг. 3 - общий вид рукавного фильтра, на фиг. 4 - профильная проекция фиг. 3, на фиг. 5 - схема системы регенерации фильтра со встроенной системой пожаротушения, на фиг. 6 - схема форсунки встроенной системой пожаротушения.

Двухступенчатая система пылеулавливания содержит вихревой циклон (фиг. 1-2), как первую ступень очистки, корпус 1 которого выполнен из двух цилиндрических частей разного диаметра с коническим бункером, при этом в верхней части корпуса размещен осевой патрубок 6 для вывода очищенного газа и периферийный ввод 3 вторичного потока, а осевой ввод запыленного газа выполнен в виде прямоугольного колена, одна, наружная часть которого соединена с патрубком 2 осевого ввода, расположенного параллельно периферийному вводу 3 вторичного потока и перпендикулярно оси корпуса 1 вихревого циклона, а другая, внутренняя часть расположена осесимметрично корпусу 1 и содержит, расположенный внутри нее, и соосный с ней цилиндроконический обтекатель 4, а снаружи внутренней части прямоугольного колена закреплена коническая отбойная шайба 5, установленная в месте соединения цилиндрических частей корпуса 1 с зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической части с осевым патрубком 6 для вывода очищенного газа, который соединен воздуховодом с фильтрующей камерой 7 рукавного фильтра (фиг. 3-4), являющегося второй ступенью системы пылеулавливания.

Для снижения виброакустической активности циклона и его металлоемкости, а также повышения его надежности в предлагаемом устройстве предусмотрены следующие мероприятия: детали циклона выполнены из конструкционных композиционных или полимерных материалов, на поверхности деталей нанесен слой мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, причем соотношение между толщиной металла и вибродемпфирующего покрытия находится в оптимальном интервале величин: 1/(2,5...4); детали циклона выполнены армированными или слоистыми, причем поверхности слоев, соприкасаемые с движущимся газовым потоком выполнены из материалов, обладающих повышенной износостойкостью и антифрикционными свойствами, а свойства материала арматуры подобраны из условия снижения виброакустической активности аппаратов; детали винтообразных поверхностей циклона выполнены армированными путем формования или заливки винтообразных износостойких элементов в корпусные детали или крышки.

Рукавный фильтр (фиг. 4-5) соединен с выходом выхлопной трубы циклона воздуховодом 33 через фланец 15 для входа очищаемого газа в фильтрующую камеру 7 рукавного фильтра, имеющую 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, имеющей блок 14 регенерации фильтра, и расположенной над фильтрующей камерой 7, и имеет размеры поперечного сечения, равные с фланцем 15 для входа очищаемого газа в фильтр. Камеры 7 и 22 фильтра образуют его корпус совместно с расположенным под ними 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 типа шлюзовой ротационный затвор 21, а также местным пультом управления 20 шнеком и шлюзовым ротационным затвором. На бункере любого типа устанавливается датчик уровня пыли (на чертеже не показано).

Корпус фильтра снабжен опорной эстакадой 16, 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 фильтpa. 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 Н/В=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.

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: 340×32 мм, высота 2 и 3 м. (общая площадь фильтрации S_ф=1,4 м²). 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. Картриджные фильтроэлементы имеют размеры: диаметр 327 мм, высота 1 м.

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/м³.

Картриджные фильтроэлементы применяются в случае получения высокой степени очистки и малых габаритов фильтра. В фильтрах собираются по 2 штуки в кассету.

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). Область применения предлагаемой конструкции фильтра - фильтрация сухих пылегазовых сред малых расходов - от 1100 до 30000 м³/час, при установке в стесненных условиях. Работа с высоким начальным запылением и низким остаточным пылесодержанием (не превышающим 10 мг/м³ в стандартном исполнении; при использовании кассет с картриджными фильтроэлементами или фильтроматериалом "нетканый тонковолокнистый полиэстер" - до 0,2 мг/м³; 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.

Импульсная система регенерации рукавного фильтра (фиг. 4) включает в себя клапанные блоки 26, в которых смонтированы электромагнитные клапаны 25, вход которых соединен с выходом управляющего контроллера; импульсные клапаны 27 с импульсными трубами и патрубками, сопла Вентури 23; дифманометр, подключенный по линии связи 30 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 соединен с управляющим контроллером.

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, 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.

Двухступенчатая система пылеудаления работает следующим образом.

Процесс пылеулавливания протекает в оптимальном гидродинамическом режиме. Затем запыленный газовый поток поступает через фланец 15 (фиг. 2-4) 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. При этом легкие, мелкодисперсные частицы пыли, не уловленные в циклоне ВЗП, задерживаются в фильтрующей камере 7 рукавного фильтра.

Импульсная система регенерации рукавного фильтра (фиг. 4) 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 тоже 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.

Система обеспечения пожаровзрывобезопасности (фиг. 5) 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 пламя 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, 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.

Форсунка (фиг. 6) встроенной системы пожаротушения, установленной в камере 22 фильтра выполнена с распылительным диском содержит цилиндрический корпус 31 со штуцером 32, жестко связанным с корпусом и соосно расположенным в верхней части корпуса и, имеющим цилиндрическое отверстие 33 для подвода жидкости, соединенное с диффузором 34, осесимметричным корпусу и штуцеру. В нижней части цилиндрического отверстия 33 для подвода жидкости закреплен полый конический завихритель 37, коническая обечайка которого фиксируется посредством, по крайней мере, трех спиц 38, закрепленных одним концом на конической обечайке завихрителя, в ее верхней части, а другим концом - в кольцевой канавке цилиндрического отверстия 33 (на чертеже не показана), выполненной на его внутренней поверхности. На внешней поверхности полого конического завихрителя 37 выполнена сквозная винтовая нарезка 39.

К корпусу 31, в его нижней части, посредством, по крайней мере, трех спиц 36 подсоединен распылитель 35, расположенный перпендикулярно оси корпуса, и выполненный в виде сплошного диска. Диск распылителя 35 образован двумя поверхностями, одна из которых, обращенная в сторону диффузора 34, криволинейная поверхность, причем в качестве линии, образующей эту поверхность является кривая линия n-го порядка, например эллиптическая, параболическая и др., а вторая - плоскость.

Спицы 36, посредством которых диск распылителя крепится к корпусу, расположены радиально по отношению к оси корпуса, и по форме могут быть выполнены прямыми и изогнутыми (на чертеже не показано), причем к корпусу они крепятся посредством винтов, а к диску - либо с помощью разъемного соединения, например резьбового, либо неразъемного, например контактной сваркой.

Диск распылителя может быть образован двумя конгруэнтными и эквидистантными поверхностями n-го порядка, при этом распылитель форсунки может быть выполнен из твердых материалов, например карбида вольфрама.

Форсунка с распылительным диском работает следующим образом.

Жидкость под давлением подается в полость цилиндрического отверстия 33 для подвода жидкости корпуса 31 форсунки, а затем в нижнюю часть отверстия 33, и через конический завихритель 37, выходит наружу, в распылитель 35, при этом происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет турбулизации потока на выходе, и мелкодисперсный поток выходит из форсунки с широким факелом распыляющейся жидкости (раствора).

Использование форсунки описанной конструкции позволяет получить равномерный по объему поток капель мелкодисперсного распыла в диапазоне диаметров капель от 30 до 150 мкм при давлении подачи воды не более 1 МПа.