Циклон

Изобретение относится к области очистки газов, точнее, к устройству циклона для сухой очистки газа от твердых частиц. Циклон содержит корпус, выхлопную трубу, приемник твердых частиц. В конструкции циклона используется специальная направляющая решетка с тангенциальными щелевыми каналами, регулирующая диафрагма и отбойник для улавливания твердых частиц. Регулирующая диафрагма и отбойник выполнены в виде отдельных усеченных конусов, которые соосно и подвижно установлены внутри корпуса циклона с возможностью их независимого перемещения относительно друг друга вдоль оси корпуса циклона. Технический результат: высокая степень очистки газа, минимальные гидравлические потери по газу, малая металлоемкость за счет принципиально новой конструкции циклона с улучшенными техническими и эксплуатационными параметрами. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение предназначено для очистки газов от пыли в поле центробежных сил и может найти применение в химической, металлургической, топливно-энергетической и других отраслях промышленности, а также в технологических процессах, связанных с утилизацией и уничтожением вредных для жизнедеятельности человека веществ.

Известен циклон (патент РФ №2187382, 2002 г., В 04 С 5/20), содержащий цилиндрический корпус с тангенциальным вводом для очищаемого газа, осевую выхлопную трубу для выхода очищенного газа и патрубок для вывода шлама с герметичной заглушкой, в котором с целью интенсификации процесса очистки на его выхлопной трубе навит специальный трубчатый змеевик с отверстиями для подачи горячего пара внутрь циклона. При этом для конденсации горячего пара на корпусе циклона предусмотрена специальная охлаждающая рубашка с вводом и выводом в нее хладагента.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного циклона для очистки газа от пыли, относится то, что он очень сложен в реализации и требует больших энергетических затрат в процессе эксплуатации. К тому же, данный циклон совершенно неприемлем для очистки газов, содержащих твердые и газообразные кислотные остатки щелочных металлов, которые при соприкосновении с водяным паром будут образовывать весьма устойчивые агрессивные смеси различных жидкостей, в том числе и кислот.

Наиболее близким по совокупности признаков является другой циклон (патент РФ №2220642, 2004 г., А 47 L 9/16), который содержит корпус с приемником для улавливаемых частиц, входной боковой воздуховод и осевой отводящий воздуховод. При этом в данном циклоне предусмотрено дополнительное устройство для ламиниризации выходного потока воздуха, которое расположено на противоположной стороне корпуса циклона относительно осевого выходного воздуховода. Средство для ламиниризации воздушного потока может быть выполнено в виде цилиндрической сетки или специальных лопастей с закрытыми торцами, установленных на определенном расстоянии друг от друга под определенным углом по отношению к направлению вращения посторонних примесей внутри корпуса циклона.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве отсутствуют технические приемы и конструктивные элементы, обеспечивающие высокую степень очистки газа от посторонних примесей в сочетании с минимальными затратами и улучшенными технологическими параметрами. Очищаемый воздух в данном циклоне специально тормозится и из вращательного превращается в простой восходящий поток, для чего и используется специальный ламинизатор воздушного потока. При всех равных условиях очистки сопротивление по газу в таком циклоне всегда будет выше из-за необратимых потерь, связанных с торможением и ослаблением его вращательной силы.

Задачей заявляемого изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, присущих известным устройствам, путем создания и реализации принципиально новой конструкции циклона для очистки газов от твердых частиц.

Указанная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в получении новой конструкции циклона с более эффективной системой очистки газа при минимальных затратах на его реализацию, включая и эксплуатационные затраты.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения по объекту-устройству достигается тем, что для очистки газа от посторонних примесей используется обычный сухой циклон, в котором очищаемый газ вводится внутрь корпуса циклона через тангенциальный ввод и выводится из него через осевую выхлопную трубу, а отделяемые твердые частицы собираются при этом в специальном приемнике. Особенностью данного циклона является то, что корпус циклона выполнен из диффузора и сужающегося сопла, на входном конце диффузора которого установлены направляющая решетка с тангенциальными щелевыми каналами и осевая выхлопная труба с регулирующей диафрагмой, а на выходном конце сужающегося сопла вышеуказанного корпуса закреплен приемник с отбойником для улавливания твердых частиц, при этом регулирующая диафрагма и отбойник выполнены в виде полых усеченных конусов, которые подвижно и соосно установлены внутри корпуса циклона с возможностью независимого перемещения друг относительно друга вдоль его оси.

Указанный технический результат достигается также тем, что внутри полого усеченного конуса отбойника установлен завихритель, выполненный преимущественно в виде плоской спиральной ленты, жестко закрепленной на внутренней поверхности конуса.

Указанный технический результат достигается также тем, что внутри корпуса циклона, в месте соединения диффузора и сужающегося сопла, установлена крестовина, на которой закреплены привод и тяги для перемещения регулирующей диафрагмы и отбойника вдоль оси корпуса циклона.

При исследовании отличительных признаков заявляемого устройства-циклона не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся выполнения корпуса циклона и расположения его внутренних элементов между собой. А также не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся регулирования тангенциальной и осевой составляющих скорости вихревого потока непосредственно внутри корпуса циклона.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого решения, позволил установить, что не существует аналога, характеризующегося признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки заявляемого изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный сопоставительный анализ известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого изобретения. Результаты анализа показали, что заявляемое изобретение не вытекает явным образом для специалиста из известного уровня техники и могло быть получено только при глубоком и всестороннем изучении данного вопроса.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На фиг.1 изображен общий вид (в разрезе) устройства-циклона для очистки газа от твердых частиц (привод с тягами показан условно).

На фиг.2 изображено сечение устройства-циклона по А-А на фиг.1.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с помощью указанного технического результата, состоят в следующем.

Заявляемый циклон включает диффузор 1, сужающееся сопло 2, направляющую решетку 3 с тангенциальными щелевыми каналами 4, осевую выхлопную трубу 5 с регулирующей диафрагмой 6, приемник 7 с отбойником 8 для улавливания твердых частиц 9, завихритель газа 10, крестовину 11, привод 12 и тяги 13.

Циклон работает следующим образом. Газ, подвергаемый очистке, с помощью направляющей решетки 3 (фиг.1) с тангенциальными щелевыми каналами 4 (фиг.2) равномерно разбивается на отдельные вихревые потоки, которые плавно входят в диффузор 1 (фиг.1) корпуса циклона. Под действием центробежного поля твердые частицы вместе с газом отбрасываются на внутреннюю стенку диффузора 1. При взаимодействии со стенкой диффузора 1 твердые частицы теряют свою тангенциальную составляющую скорости вихревого потока и приобретают осевую, что в конечном результате приводит к их отставанию и проскальзыванию относительно струй газа. Под действием гравитационного поля и осевой составляющей вихревого потока твердые частицы оседают на внутренней поверхности сужающегося сопла 2. Здесь они, окончательно потеряв тангенциальную составляющую скорости вихревого потока вследствие сталкивания его со стенками сужающегося сопла 2 и отбойника 8 и под действием осевой составляющей вихревого потока газа, выталкиваются в приемник 7 и далее скатываются в его нижнюю часть. В то время как поток газа, также потеряв свою тангенциальную составляющую скорости вихревого потока, разворачивается в приемнике 7 на 180° и устремляется вверх под действием разницы давлений в центре вихря и на его переферии. Внутри полого конуса отбойника 8 газ вновь подкручивается при помощи завихрителя 10 и устремляется к осевой выхлопной трубе 5. При этом внешние слои вновь образованного вихревого потока взаимодействуют с внутренними слоями первичного вихревого потока и тем самым создают благоприятные условия для повторного возврата выносимых потоком газа частиц в приемник 7, если частицы по какой-либо причине были захвачены вновь образованным потоком газа. При этом захваченные твердые частицы при взаимодействии с плоской стенкой спиральной ленты завихрителя также тормозятся на ней и вновь возвращаются в приемник 7. Такое вторичное торможение улавливаемых твердых частиц и повторный их возврат в основной вихревой поток не только препятствует их уносу в осевую выхлопную трубу 5, но и способствует их коагуляции и, как следствие, более интенсивному выпаданию из вихревого потока. Освободившись от твердых частиц, газовый поток через осевую выхлопную трубу 5 покидает циклон. При этом очень важно для уменьшения гидравлического сопротивления циклона по газу правильно подобрать отношение тангенциальной составляющей скорости вихревого потока к его осевой и тем самым исключить необратимые потери, связанные с его разгоном и торможением. Практически это достигается за счет перемещения вдоль оси корпуса циклона регулирующей диафрагмы 6 и отбойника 8. Так, опуская или поднимая регулирующую диафрагму 6, легко изменить тангенциальную составляющую скорости вихревого потока на начальном участке диффузора 1, в то время как опуская или поднимая отбойник 8 на выходе из сужающегося сопла 2, легко регулировать осевую составляющую скорости вихревого потока и тем самым содействовать безударному развороту потока газа в приемнике 7 на 180° от своего первоначального осевого направления. Следует также отметить, что данный процесс регулирования нужно соотносить, учитывая и расход потока очищаемого газа, и падение давления на оси циклона, вызванное самой структурой вихревого потока. При этом такую регулировку тангенциальной и осевой составляющей скорости вихревого потока целесообразно осуществлять с помощью компьютера или любого другого исполнительного устройства, способного мгновенно измерять расход потока очищаемого газа и статическое давление внутри корпуса циклона.

Технический эффект от использования изобретения состоит в следующем.

Предложенный циклон обладает малой металлоемкостью, прост в изготовлении и надежен в эксплуатации. Степень очистки газа в данном циклоне очень высока, что позволяет его использовать не только в промышленных установках, но и в бытовых технических устройствах, обеспечивающих комфортные условия в помещениях для людей. К тому же, его схема очистки позволяет использовать данный циклон для химически активных и высокоэнтальпийных потоков газа, в том числе газовых потоков с большим включением твердых кислотных остатков щелочных металлов. Конструкция предложенного циклона легко секцианируется и унифицируется для широкого круга задач. Батарейная, т.е. параллельная установка таких циклонов в одном агрегате не вызывает никаких затруднений, а наоборот, способствует эффективному использованию циклона для очистки весьма больших потоков газа с неустойчивым режимом работы по расходу газа. Таким образом, при батарейной установке часть циклонов может находиться в дежурном режиме и включаться автоматически в случае необходимости или непосредственно в момент перегрузки системы очистки. Установка данных циклонов цугом также не исключена, т.к. степень очистки газа при такой компановке только повышается.

Таким образом, изложенные выше сведения показывают, что при использовании заявляемого изобретения выполнена следующая совокупность условий:

- средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в любых процессах по очистке газов от твердых примесей, включая кислотные остатки щелочных металлов;

- для заявляемого устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Преимущество заявляемого изобретения состоит в том, что в результате его осуществления повышается степень очистки газа, а простота изготовления его конструкции существенно понижает все виды затрат по очистке газовых потоков, включая эксплуатационные, обеспечивая при этом высокую степень надежности.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

1. Циклон, включающий корпус с тангенциальным вводом газа, осевую выхлопную трубу и приемник для улавливания твердых частиц, отличающийся тем, что корпус его выполнен из диффузора и сужающегося сопла, на входном конце диффузора которого установлены направляющая решетка с тангенциальными щелевыми каналами и осевая выхлопная труба с регулирующей диафрагмой, а на выходном конце сужающегося сопла вышеуказанного корпуса закреплен приемник с отбойником для улавливаемых твердых частиц, при этом регулирующая диафрагма и отбойник выполнены в виде полых усеченных конусов, которые подвижно и соосно установлены внутри корпуса циклона с возможностью независимого перемещения друг относительно друга вдоль его оси.

2. Циклон по п.1, отличающийся тем, что внутри полого усеченного конуса отбойника установлен завихритель, выполненный преимущественно в виде плоской спиральной ленты, жестко закрепленной на внутренней поверхности конуса.

3. Циклон по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что внутри корпуса циклона в месте соединения диффузора и сужающегося сопла установлена крестовина, на которой закреплены привод и тяги для перемещения регулирующей диафрагмы и отбойника вдоль оси корпуса циклона.