RU2006291C1

RU2006291C1 - Cyclone

Info

Publication number: RU2006291C1
Authority: RU
Inventors: Н.Ф. Беляева; Б.С. Сажин; В.Н. Помазан; Л.А. Хатминская; Н.М. Репневский
Original assignee: Институт химической технологии и промышленной экологии
Priority date: 1991-02-27
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: gas cleaning from dust. SUBSTANCE: cyclone has cylindric-conical or conical casing with tangential or coiled inlet pipe connection and axial outlet and dust-discharge pipe connections. Perforated chamber has its surface equidistant to casing, its bottom diameter being equal to diameter of outlet or discharge pipe connection; area of perforations makes up 10 to 60% of chamber area. Diameters of cyclone, outlet pipe connection, and upper diameter of chamber are interrelated by equation given in description of invention. EFFECT: enlarged functional capabilities. 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технике очистки газов от пыли, разделения пылегазовых смесей и может быть использовано в химической, фармацевтической, текстильной промышленности, а также в промышленности строительных материалов и на мукомольных заводах. The invention relates to techniques for cleaning gases from dust, separation of dust and gas mixtures and can be used in the chemical, pharmaceutical, textile industry, as well as in the industry of building materials and flour mills.

Известен способ для очистки воздуха от древесных стружек, содержащий цилиндроконический корпус тангенциальный входной патрубок и осевой выходной патрубок, к которому основанием вверх прикреплен перфорированный конус с круглыми перфорациями. A known method for cleaning air from wood shavings, comprising a cylindrical conical housing a tangential inlet pipe and an axial outlet pipe, to which a perforated cone with round perforations is attached upward.

Наиболее близким из известных устройств является противоточный циклон с перфорированной камерой, отличительной особенностью которого является наличие перфорированной камеры в виде усеченного конуса, установленного большим основанием вверх и с зазором по отношению с выходному патрубку и с возможностью перемещения по оси для нахождения оптимального режима работы. Указанное наличие перфорированной камеры позволяет в некоторой степени повысить эффективность улавливания пыли за счет уменьшения действия радиального стока в случае экспериментального нахождения оптимального положения вставки между стенками циклона и выходным патрубком, а также снизить гидравлическое сопротивление циклона. The closest known device is a countercurrent cyclone with a perforated chamber, the distinguishing feature of which is the presence of a perforated chamber in the form of a truncated cone, mounted with a large base up and with a gap in relation to the outlet pipe and with the possibility of movement along the axis to find the optimal operating mode. The indicated presence of a perforated chamber allows to some extent to increase the efficiency of dust collection by reducing the effect of radial drain in the case of experimental determination of the optimal insertion position between the walls of the cyclone and the outlet pipe, as well as to reduce the hydraulic resistance of the cyclone.

К недостаткам известного циклона следует отнести:
отсутствие радиального перемещения перфорированного конуса, что делает невозможным функционирование его в качестве организатора потока на границе нисходящего запыленного и восходящего очищенного вихревых потоков;
неопределенность положения поверхности конуса относительно поверхности циклона и неопределенность его основных геометрических параметров (высоты, диаметров нижнего и верхнего оснований, величины перфорирования, формы перфораций), что может нивелировать положительное действие конуса на радиальный сток и гидравлическое сопротивление циклона.The disadvantages of the known cyclone include:
the absence of radial movement of the perforated cone, which makes it impossible to operate as a flow organizer at the boundary of a descending dusty and ascending purified swirl flow;
the uncertainty of the position of the surface of the cone relative to the surface of the cyclone and the uncertainty of its basic geometric parameters (height, diameters of the lower and upper bases, perforation, shape of perforations), which can offset the positive effect of the cone on the radial runoff and hydraulic resistance of the cyclone.

Целью изобретения является уменьшение радиального уноса пыли и снижение гидравлического сопротивления противоточного циклона. The aim of the invention is to reduce the radial ablation of dust and reduce the hydraulic resistance of countercurrent cyclone.

Указанная цель достигается тем, что противоточный циклон, содержащий цилиндроконический или конический корпус с тангенциальными или спиральными входным патрубком, осевыми выходными и выгрузочными патрубками для выхода очищенного газа и осевшей пыли, снабжен эквидистантным перфорированным цилиндроконическим или коническим организатором потока, причем нижний диаметр организатора равен диаметру выходного или выгрузочного патрубка, площадь перфорации составляет 10-60% площади организатора, а диаметры циклона D, выходного патрубка d и верхний диаметр организатора потока D' связаны между собой соотношением D'=

.This goal is achieved in that the countercurrent cyclone containing a cylindrical or conical body with a tangential or spiral inlet pipe, axial outlet and discharge pipes for the outlet of the cleaned gas and settled dust is provided with an equidistant perforated cylindrical or conical flow organizer, the lower diameter of the organizer being equal to the diameter of the outlet or discharge pipe, the perforation area is 10-60% of the organizer’s area, and the diameters of cyclone D, outlet pipe d and ver The diameter of the flow organizer D 'is interconnected by the relation D' =

.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа наличием новых геометрических соотношений между корпусом цик- лона и перфорированной камерой, а именно:
эквидистантностью поверхности циклона и камеры;
равенством диаметра нижнего основания камеры диаметру выходного или пылевыгрузочного патрубка циклона;
величиной перфорирования, равной 10-60% поверхности камеры;
связь диаметров циклона D, нижнего отверстия выходного патрубка и верхнего основания перфорированного потока D' соотношением вида D'=

.Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device differs from the prototype in the presence of new geometric relationships between the cyclone body and the perforated chamber, namely:
the equidistance of the surface of the cyclone and chamber;
equality of the diameter of the lower base of the chamber to the diameter of the outlet or dust discharge of the cyclone;
the amount of perforation equal to 10-60% of the surface of the chamber;
the relationship between the diameters of the cyclone D, the lower opening of the outlet pipe and the upper base of the perforated stream D 'by a relationship of the form D' =

.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "Новизна". Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "Novelty."

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что перфорированные основные камеры, установленные внутри корпуса циклона, известны, однако при их введении вдоль наружной поверхности циклона наблюдается резкое снижение эффективности улавливания пыли вследствие ухудшения гидродинамических условий осаждения пыли, а при их установке на выходном патрубке или вдоль него эффект одновременного снижения вторичного уноса пыли и гидравлического сопротивления циклона очень мал или отсутствует. Comparison of the proposed solution with other technical solutions shows that the perforated main chambers installed inside the cyclone body are known, however, when introduced along the outer surface of the cyclone, there is a sharp decrease in dust collection efficiency due to the deterioration of the hydrodynamic conditions of dust deposition, and when installed on the outlet pipe or along it, the effect of a simultaneous decrease in the secondary ablation of dust and the hydraulic resistance of the cyclone is very small or absent.

Изготовление перфорированной камеры с герметическими соотношениями, заявляемыми выше, позволяет разместить ее в так называемой зоне с нулевой вертикальной скоростью потока; создать жесткий барьер между нисходящими и восходящими потоками в циклоне, не нарушающий гидродинамических условий осаждения пыли (т. е. не оказывающий возмущающего действия на работу нисходящего и восходящего вихрей); уменьшить нестационарные колебания движущихся вниз и вверх вихрей, снизить захват твердых частиц из внешнего запыленного внутренним очищенным потоком и кроме того ламинизировать движение потоком в циклоне, т. е. такая камера фактически разделяет и стабилизирует нисходящий запыленный и восходящий очищенный потоки в циклоне, а перфорации варьируют его гидравлическое сопротивление. Это дает основания называть ее перфорированным организатором потока в циклоне. The manufacture of a perforated chamber with the hermetic ratios stated above allows it to be placed in the so-called zone with zero vertical flow rate; create a hard barrier between downward and upward flows in the cyclone, which does not violate the hydrodynamic conditions of dust deposition (i.e., does not exert a disturbing effect on the operation of the downward and upward vortices); to reduce unsteady vibrations of vortices moving up and down, to reduce the capture of solid particles from an external dusty internal cleaned stream, and in addition to laminate the flow in a cyclone, i.e., such a camera actually separates and stabilizes the descending dusty and ascending cleaned flows in the cyclone, and the perforations vary its hydraulic resistance. This gives reason to call it a perforated flow organizer in a cyclone.

Таким образом, вышеуказанное позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "Существенные отличия". Thus, the above allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "Significant differences".

На фиг. 1 изображен цилиндроконический циклон с перфорированным цилиндроконическим организатором потока; на фиг. 2 - цилиндроконический циклон с коническим организатором потока; на фиг. 3 - конический циклон. In FIG. 1 shows a cylindrical conical cyclone with a perforated cylindrical conical flow organizer; in FIG. 2 - cylindrical conical cyclone with a conical flow organizer; in FIG. 3 - conical cyclone.

Перфорированный организатор 1 потока представляет собой цилиндроконическую или коническую перфорированную жесткую поверхность, расположенную эквидистантно цилидрическому или коническому корпусу 2 противоточного циклона, снабженного тенгенциальным или спиральным патрубком 3 для ввода пылегазовой смеси, осевой выходным патрубком 4 для вывода очищенного газа, пылевыпускным патрубком 5 для вывода уловленной пыли. The perforated organizer 1 of the flow is a cylindrical or conical perforated rigid surface located equidistantly to a cylindrical or conical body 2 of a countercurrent cyclone equipped with a potential or spiral nozzle 3 for introducing a dust-gas mixture, an axial outlet nozzle 4 for removing purified gas, a dust outlet 5 for outputting .

Циклон работает следующим образом. The cyclone works as follows.

Пылегазовая смесь по патрубку 3 поступает тангенциально или спирально в кольцевое пространство между корпусом циклона и выходным патрубком 4, образуя внешний густозапыленный поток из частиц пыли, отбрасываемых к стенке циклона центробежной силой, опускающийся вниз по спирали к пылевыгрузочному патрубку 5. Здесь воздушный поток меняет направление на противоположное и поднимается в виде внутреннего закрученного вихря меньшего патрубку 4 циклона, захватывая более мелкие, не успевшие дойти до стенки циклона частицы пыли из внешнего потока с собой, в выходной патрубок циклона (так называемой "радиальный" или "вторичный" унос пыли). Эффективность осаждения пыли в циклоне при этом снижается. The dust-gas mixture through the nozzle 3 enters tangentially or spirally into the annular space between the cyclone body and the outlet nozzle 4, forming an external dense dust stream of dust particles thrown to the cyclone wall by centrifugal force, descending in a spiral direction to the dust discharge nozzle 5. Here, the air flow changes direction the opposite and rises in the form of an inner swirling vortex of a smaller nozzle 4 of the cyclone, capturing smaller dust particles that have not had time to reach the cyclone wall from the external stream with you, into the outlet of the cyclone (the so-called "radial" or "secondary" dust removal). The efficiency of dust deposition in the cyclone is reduced.

Перфорированный организатор потока, расположенный в пограничной зоне между потоками эквидистантно стенкам циклона при указанном выше соотношении диаметров циклона, выходного патрубка и верхнего диаметра организатора, разделяет внешний и внутренний потоки, не позволяя им смешиваться друг с другом. При этом частицы пыли, увлекаемые внешним потоком к стенкам корпуса 2 циклона, не захватываются внутренним очищенным потоком и не уносятся в выходной патрубок 4 циклона. Часть воздуха из внешнего пылегазового потока просасывается через перфорации циклона в центральную зону пониженного давления циклона, что снижает скорость внешнего вихря, в котором происходит пылеосаждение, способствует деструктированию и ламинаризации движения потока в циклоне, приводит к повышению эффективности осаждения частиц пыли, к снижению гидравлического сопротивления циклона. A perforated flow organizer located in the boundary zone between the flows is equidistant to the walls of the cyclone with the above ratio of the diameters of the cyclone, the outlet pipe and the upper diameter of the organizer, separates the external and internal flows, not allowing them to mix with each other. In this case, dust particles carried away by the external flow to the walls of the cyclone body 2 are not captured by the internal cleaned flow and are not carried away into the outlet pipe 4 of the cyclone. Part of the air from the external dust and gas stream is sucked through the cyclone perforations into the central zone of low pressure of the cyclone, which reduces the speed of the external vortex in which dust deposition occurs, contributes to the destruction and laminarization of the flow in the cyclone, leads to an increase in the efficiency of dust particle deposition, and to a decrease in the hydraulic resistance of the cyclone .

Снижение гидравлического сопротивления циклона с перфорированным организатором потока, помещенным в пограничную зону внешнего и внутреннего потоков, зависит от величины площадки перфорации организатора: чем больше площадь перфорации в защищаемом диапазоне, тем больше снижение сопротивления циклона. Защищаемый диапазон перфорирования 10-60% от всей площади поверхности организатора. The decrease in the hydraulic resistance of a cyclone with a perforated flow organizer placed in the boundary zone of external and internal flows depends on the size of the organizer's perforation area: the larger the perforation area in the protected range, the greater the decrease in cyclone resistance. The protected perforation range is 10-60% of the entire surface area of the organizer.

Варианты циклонов с организатором потока, перфорированным менее, чем на 10% имеют незначительно меньше гидравлическое сопротивление по сравнению с циклонами без организатора потока; а более, чем на 70% , имеют незначительное увеличение эффективности осаждения пыли. Форма перфораций при указанном расположении перфорированного организатора потока определяющего значения не имеет. Variants of cyclones with a flow organizer perforated by less than 10% have slightly less hydraulic resistance compared to cyclones without a flow organizer; and more than 70% have a slight increase in dust deposition efficiency. The shape of the perforations at the indicated location of the perforated flow organizer is not of decisive importance.

Эквидистантное расположение организатора при вышеуказанном соотношении диаметров циклона и организатора потока определяет его место в радиальном направлении, но не определяет его высоту. Высоту организатора определяет величина нижнего диаметра организатора. The equidistant arrangement of the organizer with the above ratio of the diameters of the cyclone and the organizer of the flow determines its place in the radial direction, but does not determine its height. The height of the organizer determines the size of the lower diameter of the organizer.

Выбор высоты определяется в зависимости от технологических параметров пылегазового потока, поступающего на очистку: если циклон используется в сильнозапыленных потоках, то меньший нижний диаметр организатора равен диаметру патрубка, в слабозапыленных - равен диаметру пылевыгрузочного патрубка. The choice of height is determined depending on the technological parameters of the dust and gas stream to be cleaned: if the cyclone is used in highly dusty streams, the smaller lower diameter of the organizer is equal to the diameter of the nozzle, in slightly dusty it is equal to the diameter of the dust discharge nozzle.

Таким образом, использование заявляемого изобретения позволит существенно снизить гидравлическое сопротивление используемых, в том числе серийных, противоточный циклонов (в два раза), причем одновременно повысится эффективность улавливания мелкодисперсной пыли средним размером 12 мкм (на 7,5% ). Thus, the use of the claimed invention will significantly reduce the hydraulic resistance of used, including serial, countercurrent cyclones (two times), and at the same time, the efficiency of collecting fine dust with an average size of 12 microns (by 7.5%) will increase.

Конструкция перфорированного организатора потока проста и неметаллоемка, что обуславливает меньшие затраты на усовершенствование действующих недостаточно эффективно противоточных циклонов, по сравнению с затратами на монтаж и изготовление новых, более эффективных пылеулавливающих аппаратов. The design of the perforated flow organizer is simple and non-metal-intensive, which leads to lower costs for the improvement of counterflow cyclones that are not efficiently effective, compared with the costs of installing and manufacturing new, more efficient dust collecting devices.

В лабораторных условиях были проведены испытания моделей циклонов с характерными геометрическими размерами, представляющими на фиг. 1. Для сравнения выбраны следующие технические характеристики циклонов: эффективность осаждения и унос мелкодисперсной пыли из аппарата, гидравлическое сопротивление (коэффициент гидравлического сопротивления) аппарата. In the laboratory, tests of cyclone models with characteristic geometric dimensions, which are shown in FIG. 1. For comparison, the following technical characteristics of cyclones were selected: deposition efficiency and entrainment of fine dust from the apparatus, hydraulic resistance (coefficient of hydraulic resistance) of the apparatus.

Для определения эффективности осаждения (η) или уноса (1- η) использована пыль хлорнафталинсульфокислого натрия плотностью 1950 кл/м³с средним геометрическим диаметром частиц 12 мкм (среднее квадратичное отклонение в логарифмически нормальном распределении частиц по размерам равно 1,197). Унос пыли (1- η) определяется по методу полной фильтрации отходящих от циклона газов через высокоэффективный тканевый фильтра с низким гидравлическим сопротивлением при расходе воздуха 70 м³/ч и запыленности воздуха 21 г/м³.To determine the deposition efficiency (η) or ablation (1- η), sodium chloronaphthalene sulfonic acid dust with a density of 1950 cells / m ³ with an average geometric particle diameter of 12 μm was used (standard deviation in the log-normal particle size distribution is 1.197). Dust removal (1- η) is determined by the method of complete filtration of the gases leaving the cyclone through a highly efficient fabric filter with low hydraulic resistance at an air flow rate of 70 m ³ / h and an air dust content of 21 g / m ³ .

Гидравлическое сопротивление аппарата (Δ Н, н/м²) при определенной скорости воздуха (U, м/с) на выходе в канал фиксировалось с помощью дифманометра. Коэффициент гидравлического сопротивления циклона ( ζ) в характерном (входном) сечении циклона в автомодельном режиме движения потока (при скоростях воздуха более 40 м³/ч) определен по уровню ζ = Δ Н/0,5 ρ U², где ρ - плотность воздуха, кг/м³.The hydraulic resistance of the apparatus (Δ N, n / m ² ) at a certain air speed (U, m / s) at the outlet to the channel was recorded using a differential pressure gauge. The coefficient of hydraulic resistance of the cyclone (ζ) in the characteristic (input) section of the cyclone in a self-similar mode of flow (at air speeds of more than 40 m ³ / h) is determined by the level ζ = Δ N / 0.5 ρ U ² , where ρ is the air density kg / m ³ .

В таблице приведены экспериментальные результаты, полученные при сравнении противоточного циклона без перфорированной вставки (циклон 1), прототипа (циклоны 2 и 3 по а. с. 874207), циклона с перфорированным организатором потока (циклон 4) и циклона с перфорированным конусом на выходном патрубке (циклон 5 по пат. США N 3513642). The table shows the experimental results obtained by comparing a counterflow cyclone without a perforated insert (cyclone 1), a prototype (cyclones 2 and 3 according to a.s. 874207), a cyclone with a perforated flow organizer (cyclone 4), and a cyclone with a perforated cone at the outlet (cyclone 5 according to US Pat. N 3513642).

Унос пыли из циклона с перфорированным организатором потока (циклон 4) на 0,074; 0,339; 0,271; 0,096 (т. е. на 7,4; 33,9; 27,1 и 9,6% ) меньше, чем в циклонах 1, 2, 3 и 5 соответственно. Dust removal from a cyclone with a perforated flow organizer (cyclone 4) by 0.074; 0.339; 0.271; 0.096 (i.e., 7.4; 33.9; 27.1 and 9.6%) less than in cyclones 1, 2, 3, and 5, respectively.

Сопротивление циклона с перфорированным организатором потока (циклон 4) в 2,17 и 1,95 раза (т. е. на 117 и 95% ) меньше, чем циклона 1 и 5 соответственно, причем эффективность осаждения пыли составила 98,5% против 91,1 и 88,9% в циклонах 1 и 5. The resistance of a cyclone with a perforated flow organizer (cyclone 4) is 2.17 and 1.95 times (i.e. 117 and 95%) less than that of cyclone 1 and 5, respectively, and the dust deposition efficiency was 98.5% versus 91 , 1 and 88.9% in cyclones 1 and 5.

Сопротивление циклона 2 и 3 в 1,10 и 1,34 раза (т. е. на 10 и 34% ) меньше, чем циклона с перфорированным организатором потока 4, но их эффективность осаждения пыли слишком низка (64,4 и 71,4% против 98,5% в циклоне 4), т. е. не обеспечивается одновременного действия эффекта снижения сопротивления и снижения радиального уноса пыли. The resistance of cyclone 2 and 3 is 1.10 and 1.34 times (i.e., 10 and 34%) less than that of a cyclone with a perforated stream organizer 4, but their dust deposition efficiency is too low (64.4 and 71.4 % versus 98.5% in the cyclone 4), i.e., the simultaneous action of the effect of reducing the resistance and reducing the radial entrainment of dust is not provided.

(56) Патент США N 3513642, кл. 55-399, 1970. (56) U.S. Patent No. 3,513,642, cl. 55-399, 1970.

Авторское свидетельство СССР N 874207, кл. B 04 C 5/107, 1981. USSR author's certificate N 874207, cl. B 04 C 5/107, 1981.

Claims

CYCLONE containing a cylindrical or conical body, a tangential or spiral inlet, an axial outlet and a dust discharge nozzle, a perforated chamber coaxially mounted inside the housing, characterized in that, in order to increase the efficiency of the capture process by reducing the radial dust entrainment and lower hydraulic resistance, the surface the perforated chamber is made equidistant to the housing, and the diameter of the lower base of the chamber is equal to the diameter of the inlet pipe or the diameter of the dust gruzochnogo pipe, the area of the perforations is 10 - 60% of the surface of the chamber and the cyclone diameter D, the lower opening of outlet d and the upper base perforated chamber D ^'are related by ^D' =

.