RU2220784C1

RU2220784C1 - Self regenerating filter-cyclone separator for cleaning gases from dust

Info

Publication number: RU2220784C1
Application number: RU2003105320/15A
Authority: RU
Inventors: Е.В. Асмолова; А.П. Зотов; Ю.В. Красовицкий; А.В. Логинов; М.И. Слюсарев; Л.И. Щеглова; Е.А. Шипилова
Original assignee: Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-01-10

Abstract

FIELD: chemical, construction, food, pharmaceutical, metallurgical and other industries. SUBSTANCE: invention can be used for cleaning smoke and ventilation effluents. Proposed filter-cyclone separator contains cylindrical housing with conical bottom, tangentially arranged union to let in dust-laden gas flow and dust evacuation union with filter arranged along its axis. Said filter is made of porous material with combined structure, with blades in form of scoop pointed towards dust-laden gas flow and playing the part of union to let out cleaned gas. Filter can freely rotate under action of gas flow onto blades secured on tops of generatrices of star-like filter surface over entire length. Union to let in dust-laden gas flow can be made over height of cylindrical part of housing on inner surface of which curved chuted plates of cylindrical shape are secured, and surface of members of star-like rotating filter is of form in each point of which angle between tangential line and radius is equal to angle of repose of material settled on said surface. EFFECT: improved efficiency of filter-cyclone separator, increased capacity and degree of cleaning of dust-laden gases. 5 cl, 5 dwg

Description

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. The invention relates to equipment designed for dry cleaning of gases from dust, and can be used in chemical, food, construction, pharmaceutical, metallurgical and other industries, as well as in environmental processes for cleaning flue gases and ventilation emissions.

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]. The closest in technical essence and the achieved result is a filter cyclone, comprising a housing with a conical bottom, a tangentially located fitting for entering a dusty gas stream into the apparatus and a fitting for removing dust rotating in the bearing assembly due to an exhaust pipe fixed to the wind wheel for exhaust purified gas made of porous cermet and simultaneously performing the functions of a filter [RU (11) 2150988 (13) C1, MPK7 V 01 D 50/00, V 04 C 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). The disadvantage of this device is the difficulty in achieving the required speed of rotation of the exhaust pipe due to the fact that it is driven by a wind wheel mounted on it, located in a cylindrical cyclone body. In this case, the dusty gas flow at the entrance to the cylindrical body is immediately distributed over the entire height of the cylindrical body and, naturally, will rotate at a higher speed in a section free from the wind wheel. In addition, regeneration of the cylindrical porous surface of a rotating filter is possible only when the centrifugal force acting upon rotation of the mass of solid material (sediment) deposited on each element exceeds the pressure forces acting on the same element (pressure drop across the filter surface is the driving force of the filtering process), the adhesion, cohesion and hydraulic resistance of this mass element (sediment).

Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы фильтра и его производительности. An object of the invention is to increase the efficiency of the filter and its performance.

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. The technical problem is achieved in the proposed filter-cyclone, containing a cylindrical body with a conical bottom, a tangentially located fitting for introducing a dusty gas stream into the apparatus and a fitting for removing dust, along the axis of which there is a filter of porous material with a connected structure and blades shaped like a bucket, turned towards the dust and gas stream, which simultaneously performs the function of a fitting for the removal of purified gas, according to the invention in that the filter has the possibility of free rotation By the action of the gas flow acting on the blades fixed to the vertices of the star-shaped filter forming surfaces along their entire length, the fitting for introducing a dusty gas stream can be made along the entire height of the cylindrical part of the housing, on the inner surface of which curved cylindrical grooved plates are fixed and the surface of the elements of a star-shaped rotating filter can have a shape, at each point of which the angle between the tangent and the radius is equal to the angle of repose of the precipitate emogo on the surface of the material.

Техническим результатом является повышение эффективности работы фильтр-циклона, характеризующееся увеличением его производительности и степени очистки запыленного газа. The technical result is to increase the efficiency of the filter cyclone, characterized by an increase in its productivity and the degree of purification of dusty gas.

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. Figure 1 presents a General view of a self-regenerating filter cyclone; in FIG. 2 shows the blades of a star-shaped filter (section along AA); figure 3 is a scan of the inner surface of the cylindrical part of the cyclone body with curved grooved plates of cylindrical shape fixed to it; figure 4 is a section of a plate fixed to the inner surface of the cylindrical part of the housing; figure 5 is a fragment of the surface of the element of a star-shaped rotating filter.

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. The self-regenerating filter cyclone includes a vertical cylindrical body 1 with a conical bottom 2, ending with a nozzle 3 for removing dust from the cyclone, a rotating star-shaped filter made of porous material with a connected structure 4 with blades 5 having the shape of a bucket, deployed towards the dust and gas flow, fixed to the tops of the generators the surface of the filter, which simultaneously functions as a fitting for the removal of purified gas, whose axes are fixed in the bearing assemblies 6 at the ends of the filter, and the upper hollow axis is is a continuation of the nozzle for the removal of purified gas 7, the nozzle 8 for introducing a dusty gas stream into the apparatus located tangentially to the body, the cover 9 with a connecting nozzle 10. When making the nozzle for introducing a dusty gas stream over the entire height of the cylindrical part of the housing on its inner surface curved grooved plates of cylindrical shape 11.

Фильтр-циклон работает следующим образом. The filter cyclone operates as follows.

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). The dust and gas flow through the nozzle 8, which is installed tangentially to the filter cyclone body 1, enters the apparatus and rotates in it at a certain peripheral speed, acting on the blades 5 attached to the vertices forming the surfaces of the star filter 4. Due to the kinetic component of the specific mechanical energy of the gas stream, the filter begins to rotate around its axis in the bearing units 6, and the speed of rotation of the filter is equal to the peripheral speed of dusty air. The installation of a filter in the cyclone body reduces the living cross-sectional area of the rotating dust and gas stream, which makes it possible to increase its peripheral speed with the same dusty gas productivity and increase the centrifugal force acting on the dust particles. In addition, the rotation of the filter increases the radial component of the velocity of the dust particles [Romanov PG, Kurochkina M. I. Hydromechanical processes of chemical technology. - 3rd ed., Revised. - L.: Chemistry, 1982. - 288 p., Ill., S. 161]. Dust particles, rotating together with the dust and gas stream, under the action of the centrifugal force and the radial component of speed move simultaneously to the walls of the cyclone body and, reaching it, spiral down due to the friction forces against the wall down to the conical part 2 to the nozzle 3. When performing the fitting for input a dusty gas stream over the entire height of the cylindrical part of the housing on its inner surface is fixed curved grooved plate 11 of a cylindrical shape made of a material with low adhesive ability relative to iju to a solid (dispersed) phase of the dust and gas flow (e.g., fluorine resin). Solid particles reaching the housing wall almost immediately fall into the trough of the plate 11 and, under the action of the axial component of the velocity, descend along the surface of the cylindrical plate into the conical part 2 to the fitting 3. Under the influence of excessive pressure on the outer surface with respect to the filter cavity, the gas flow freed from the bulk of the solid dust particles passes through the porous side surface of the star filter and is simultaneously freed from the smallest dust particles, the size of which determines the structure of the porous filter material. Dust particles are deposited on the surface of the filter and form a sediment layer, and the cleaned gas stream from the inner cavity of the filter along the upper hollow axis 7 and the nozzle 10 is removed from the apparatus. With increasing thickness of the sediment layer of solid material on the surface of the rotating filter, the centrifugal force acting on each element (unit area) of the sediment mass increases. When a certain value is reached, it will become larger than the radial component of the pressure force acting normal to the side surface of the star filter (and not coinciding with the direction of action of the centrifugal force) and the friction force of the mass element on the filter surface, which will lead to the breakdown of the sediment from the filter surface, t. e. its regeneration. This process will occur continuously and be carried out at a smaller thickness (element mass) of the sediment layer on the side surface of the star filter compared to the cylindrical surface of the rotating filter. The process of separation of the sediment layer from the filter surface can occur at an even smaller thickness if the surface of the star-shaped filter elements will have a shape, at each point of which the angle between the tangent and the radius is equal to the angle of repose of the material deposited on this surface. A decrease in the thickness of the sediment layer leads to a decrease in the hydraulic resistance of the filter, and, consequently, to an increase in the efficiency of the filter cyclone (increase in productivity and degree of purification, decrease in energy consumption for the process).

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.Using the proposed filter cyclone allows you to:
- to ensure high efficiency of separation of dust particles from the dust and gas stream of both large and small fractions;
- increase the initial concentration of dust;
- to ensure continuous operation of the filter due to self-regeneration of its surface without stopping the filter;
- reduce resistance to the filtering process, and therefore, increase the productivity of the apparatus and reduce energy consumption for the process;
- increase the surface area of the filter;
- improve the quality of cleaning and reliability, maintain the compactness of the apparatus and ease of manufacture;
- optimize the process of filter self-regeneration by supplying dusty gas to the apparatus.

Claims

1. A cyclone filter containing a cylindrical body with a conical bottom, a tangentially located nozzle for introducing a dusty gas stream into the apparatus and a nozzle for removing dust, along the housing axis there is a filter made of a porous material with a connected structure with blades, which simultaneously serves as a nozzle for removing the cleaned gas, characterized in that the filter has the possibility of free rotation under the action of a gas stream acting on the blades attached to the vertices forming a star-shaped filter surface ormy over their entire length.

2. The filter cyclone according to claim 1, characterized in that the fitting for introducing a dusty gas stream is made over the entire height of the cylindrical part of the housing.

3. The cyclone filter according to claim 1, characterized in that the surface of the elements of a star-shaped rotating filter has a shape, at each point of which the angle between the tangent and the radius is equal to the angle of repose of the material deposited on this surface.

4. The cyclone filter according to claim 1, characterized in that curved grooved plates of a cylindrical shape are fixed on the inner surface of the cylindrical part of the housing.

5. The filter cyclone according to claim 1, characterized in that the blades are in the form of a bucket, deployed towards the dust and gas stream.