Саморегенерирующийся фильтр-циклон для очистки газов от пыли

 

Изобретение предназначено для сухой очистки газов от пыли и может быть использовано в химической, пищевой, строительной, фармацевтической, металлургической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки дымовых газов и вентиляционных выбросов. Фильтр-циклон содержит цилиндрический корпус с коническим днищем, тангенциально расположенным штуцером для ввода в аппарат запыленного газового потока и штуцером для удаления пыли, по оси которого расположен фильтр из пористого материала со связанной структурой с лопастями, имеющими форму ковша, развернутого навстречу пылегазовому потоку, выполняющий одновременно функции штуцера для отвода очищенного газа. Фильтр имеет возможность свободного вращения под действием потока газа, действующего на лопасти, закрепленные к вершинам образующих поверхности фильтра звездообразной формы по всей их длине, при этом штуцер для ввода запыленного газового потока может быть выполнен по всей высоте цилиндрической части корпуса, на внутренней поверхности которого закреплены изогнутые желобчатые пластины цилиндрической формы, а поверхность элементов звездообразного вращающегося фильтра имеет форму, в каждой точке которой угол между касательной и радиусом равен углу естественного откоса осаждаемого на этой поверхности материала. Техническим результатом является повышение эффективности работы фильтра-циклона, характеризующееся увеличением его производительности и степени очистки запыленного газа. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технике, предназначенной для сухой очистки газов от пыли, и может быть использовано в химической, пищевой, строительной, фармацевтической, металлургической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки дымовых газов и вентиляционных выбросов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является фильтр-циклон, включающий корпус с коническим днищем, тангенциально расположенным штуцером для ввода в аппарат запыленного газового потока и штуцером для удаления пыли, вращающейся в подшипниковом узле за счет закрепленного на ней ветрового колеса выхлопной трубы для отвода очищенного газа, изготовленной из пористой металлокерамики и выполняющей одновременно функции фильтра [RU (11) 2150988 (13) С1, МПК7 В 01 D 50/00, В 04 С 9/00].

Недостатком устройства является трудность достижения необходимой скорости вращения выхлопной трубы из-за того, что она приводится во вращение за счет закрепленного на ней ветрового колеса, расположенного в цилиндрическом корпусе циклона. При этом запыленный газовый поток при входе в цилиндрический корпус сразу же распределяется по всей высоте цилиндрического корпуса и, естественно, будет совершать вращательное движение с большей скоростью в сечении, свободном от ветрового колеса. Кроме того, регенерация цилиндрической пористой поверхности вращающегося фильтра возможна лишь в том случае, когда центробежная сила, действующая при вращении на каждый элемент массы осаждающегося на этой поверхности твердого материала (осадка), превысит действующие на тот же элемент силы давления (перепад давлений на поверхности фильтра является движущей силой процесса фильтрования), сил адгезии, когезии и гидравлического сопротивления этого элемента массы (осадка).

Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы фильтра и его производительности.

Техническая задача достигается в предлагаемом фильтре-циклоне, содержащем цилиндрический корпус с коническим днищем, тангенциально расположенным штуцером для ввода в аппарат запыленного газового потока и штуцером для удаления пыли, по оси которого расположен фильтр из пористого материала со связанной структурой и лопастями, имеющими форму ковша, развернутого навстречу пылегазовому потоку, выполняющий одновременно функции штуцера для отвода очищенного газа, согласно изобретению тем, что фильтр имеет возможность свободного вращения под действием потока газа, действующего на лопасти, закрепленные к вершинам образующих поверхности фильтра звездообразной формы по всей их длине, при этом штуцер для ввода запыленного газового потока может быть выполнен по всей высоте цилиндрической части корпуса, на внутренней поверхности которого закреплены изогнутые желобчатые пластины цилиндрической формы, а поверхность элементов звездообразного вращающегося фильтра может иметь форму, в каждой точке которой угол между касательной и радиусом равен углу естественного откоса осаждаемого на этой поверхности материала.

Техническим результатом является повышение эффективности работы фильтр-циклона, характеризующееся увеличением его производительности и степени очистки запыленного газа.

На фиг.1 представлен общий вид саморегенерирующегося фильтр-циклона; на фиг. 2 показаны лопасти звездообразного фильтра (разрез по А-А); на фиг.3 - развертка внутренней поверхности цилиндрической части корпуса циклона с закрепленными на ней изогнутыми желобчатыми пластинами цилиндрической формы; на фиг.4 - разрез пластины, закрепленной к внутренней поверхности цилиндрической части корпуса; на фиг.5 - фрагмент поверхности элемента звездообразного вращающегося фильтра.

Саморегенерирующийся фильтр-циклон включает вертикальный цилиндрический корпус 1 с коническим днищем 2, заканчивающимся штуцером 3 для удаления пыли из циклона, вращающийся звездообразный фильтр из пористого материала со связанной структурой 4 с лопастями 5, имеющими форму ковша, развернутого навстречу пылегазовому потоку, закрепленными к вершинам образующих поверхности фильтра, выполняющего одновременно функции штуцера для отвода очищенного газа, оси которого закреплены в подшипниковых узлах 6 по концам фильтра, а верхняя полая ось является продолжением штуцера для отвода очищенного газа 7, штуцер 8 для ввода в аппарат запыленного газового потока, расположенный тангенциально к корпусу, крышку 9 с соединительным штуцером 10. При выполнении штуцера для ввода запыленного газового потока по всей высоте цилиндрической части корпуса на ее внутренней поверхности закреплены изогнутые желобчатые пластины цилиндрической формы 11.

Фильтр-циклон работает следующим образом.

Пылегазовый поток по штуцеру 8, установленному тангенциально к корпусу 1 фильтр-циклона, поступает в аппарат и вращается в нем с некоторой окружной скоростью, воздействуя при этом на лопасти 5, закрепленные на вершинах, образующих поверхности звездообразного фильтра 4. За счет кинетической составляющей удельной механической энергии газового потока фильтр начинает вращаться вокруг своей оси в подшипниковых узлах 6, причем скорость вращения фильтра равна окружной скорости движения запыленного воздуха. Установка в корпусе циклона фильтра уменьшает площадь живого сечения вращающегося пылегазового потока, что делает возможным увеличение его окружной скорости при той же производительности по запыленному газу и приводит к росту центробежной силы, действующей на частицы пыли. Кроме того, вращение фильтра способствует увеличению радиальной составляющей скорости частиц пыли [Романков П.Г., Курочкина М. И. Гидромеханические процессы химической технологии. - 3-е изд., перераб. - Л. : Химия, 1982. - 288 с., ил., с.161]. Частицы пыли, вращаясь вместе с пылегазовым потоком, под действием центробежной силы и радиальной составляющей скорости двигаются одновременно к стенкам корпуса циклона и, достигая ее, спирально за счет сил трения о стенку опускаются вниз в коническую часть 2 к штуцеру 3. При выполнении щтуцера для ввода запыленного газового потока по всей высоте цилиндрической части корпуса на ее внутренней поверхности закрепляют изогнутые желобчатые пластины 11 цилиндрической формы, выполненные из материала с низкой адгезионной способностью по отношению к твердой (дисперсной) фазе пылегазового потока (например, фторопласта). Твердые частицы, достигшие стенки корпуса, почти сразу же попадают в желоб пластины 11 и под действием осевой составляющей скорости опускаются по поверхности пластины цилиндрической формы в коническую часть 2 к штуцеру 3. Под действием избыточного давления на наружной поверхности по отношению к внутренней полости фильтра газовый поток, освобожденный от основной массы твердых частиц пыли, проходит через пористую боковую поверхность звездообразного фильтра и одновременно освобождается от мельчайших частиц пыли, размер которых определяется структурой пористого материала фильтра. Частицы пыли осаждаются на поверхности фильтра и образуют слой осадка, а очищенный газовый поток из внутренней полости фильтра по верхней полой оси 7 и штуцеру 10 выводится из аппарата. С увеличением толщины слоя осадка твердого материала на поверхности вращающегося фильтра увеличивается центробежная сила, действующая на каждый элемент (единичной площади) массы осадка. При достижении некоторого значения она станет больше радиальной составляющей силы давления, действующей по нормали к боковой поверхности звездообразного фильтра (и не совпадающей с направлением действия центробежной силы) и силы трения элемента массы о поверхность фильтра, что приведет к срыву осадка с поверхности фильтра, т. е. ее регенерации. Этот процесс будет происходить непрерывно и осуществляться при меньшей толщине (массе элемента) слоя осадка на боковой поверхности звездообразного фильтра по сравнению с цилиндрической формой поверхности вращающегося фильтра. Процесс отрыва слоя осадка от поверхности фильтра может произойти при еще меньшей его толщине, если поверхность элементов звездообразного фильтра будет иметь форму, в каждой точке которой угол между касательной и радиусом равен углу естественного откоса осаждаемого на этой поверхности материала. Уменьшение толщины слоя осадка ведет к уменьшению гидравлического сопротивления фильтра, и, следовательно, к повышению эффективности работы фильтр-циклона (увеличению производительности и степени очистки, снижению энергозатрат на проведение процесса).

Использование предлагаемого фильтр-циклона позволяет: - обеспечить высокую эффективность выделения из пылегазового потока твердых частиц как крупной, так и мелкой фракции; - увеличить исходную концентрацию пыли; - обеспечить непрерывную работу фильтра за счет саморегенерации его поверхности без остановки фильтра; - снизить сопротивление процессу фильтрования, а следовательно, повысить производительность аппарата и снизить энергозатраты на проведение процесса; - увеличить площадь поверхности фильтрования; - повысить качество очистки и надежность работы, сохранить компактность аппарата и простоту в изготовлении; - оптимизировать процесс саморегенерации фильтра подачей запыленного газа в аппарат.

Формула изобретения

1. Фильтр-циклон, содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, тангенциально расположенным штуцером для ввода в аппарат запыленного газового потока и штуцером для удаления пыли, по оси корпуса расположен фильтр из пористого материала со связанной структурой с лопастями, выполняющий одновременно функции штуцера для отвода очищенного газа, отличающийся тем, что фильтр имеет возможность свободного вращения под действием потока газа, действующего на лопасти, закрепленные к вершинам образующих поверхности фильтра звездообразной формы по всей их длине.

2. Фильтр-циклон по п.1, отличающийся тем, что штуцер для ввода запыленного газового потока выполнен по всей высоте цилиндрической части корпуса.

3. Фильтр-циклон по п.1, отличающийся тем, что поверхность элементов звездообразного вращающегося фильтра имеет форму, в каждой точке которого угол между касательной и радиусом равен углу естественного откоса осаждаемого на этой поверхности материала.

4. Фильтр-циклон по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности цилиндрической части корпуса закреплены изогнутые желобчатые пластины цилиндрической формы.

5. Фильтр-циклон по п.1, отличающийся тем, что лопасти имеют форму ковша, развернутого навстречу пылегазовому потоку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5