RU2278741C2

RU2278741C2 - Cyclone

Info

Publication number: RU2278741C2
Application number: RU2004130259/15A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Алексеенко (RU); Сергей Владимирович Алексеенко; Анатолий Петрович Бурдуков (RU); Анатолий Петрович Бурдуков; Юрий Степанович Попов (RU); Юрий Степанович Попов; Виталий Исакович Попов (RU); Виталий Исакович Попов; Николай Павлович Смирнов (RU); Николай Павлович Смирнов; Михаил Александрович Кузнецов (RU); Михаил Александрович Кузнецов
Original assignee: Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской Академии наук
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2006-06-27
Also published as: RU2004130259A

Abstract

FIELD: gas cleaning.

SUBSTANCE: cyclone comprises housing, exhaust pipe, and receiver for solid particles. The cyclone additionally has special guiding grid with tangential slot passages, control diaphragm, and deflector for catching solid particles. The control diaphragm and deflector are made of separate trancated cones which are mounted coaxially inside the housing of the cyclone for permitting independent movement one with respect to the other along the axis of the housing of the cyclone.

EFFECT: reduced hydraulic drag and metal consumption.

2 cl, 2 dwg

Description

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.The invention is intended for the purification of gases from dust in the field of centrifugal forces and can find application in chemical, metallurgical, fuel and energy and other industries, as well as in technological processes associated with the disposal and destruction of substances harmful to human life.

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.Known cyclone (RF patent No. 2187382, 2002, 04 C 5/20), containing a cylindrical body with a tangential inlet for the gas to be cleaned, an axial exhaust pipe for the outlet of the purified gas and a pipe for the output of sludge with a sealed plug, in which for the purpose Intensification of the cleaning process on its exhaust pipe is wound with a special tubular coil with holes for supplying hot steam into the cyclone. Moreover, to condense hot steam on the cyclone body, a special cooling jacket is provided with refrigerant inlet and outlet.

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.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the well-known cyclone for dust gas purification include the fact that it is very difficult to implement and requires large energy costs during operation. In addition, this cyclone is completely unacceptable for the purification of gases containing solid and gaseous acid residues of alkali metals, which, when in contact with water vapor, will form very stable aggressive mixtures of various liquids, including acids.

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.The closest in combination of features is another cyclone (RF patent No. 2220642, 2004, A 47 L 9/16), which contains a housing with a receiver for trapped particles, an input side duct and an axial outlet duct. In this case, an additional device is provided in this cyclone for laminating the outlet air flow, which is located on the opposite side of the cyclone body relative to the axial outlet duct. Means for laminating the air flow can be made in the form of a cylindrical mesh or special blades with closed ends installed at a certain distance from each other at a certain angle with respect to the direction of rotation of impurities inside the cyclone body.

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.For reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted for the prototype, the known device lacks techniques and structural elements that provide a high degree of gas purification from impurities in combination with minimal costs and improved technological parameters. The cleaned air in this cyclone is specially braked and turns from rotational into a simple upward flow, for which a special air flow laminator is used. All things being equal, the gas resistance in such a cyclone will always be higher due to irreversible losses associated with braking and the weakening of its rotational force.

Задачей заявляемого изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, присущих известным устройствам, путем создания и реализации принципиально новой конструкции циклона для очистки газов от твердых частиц.The task of the invention is to eliminate the above disadvantages inherent in known devices by creating and implementing a fundamentally new design of a cyclone for cleaning gases from solid particles.

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.This problem is solved by achieving a technical result, which consists in obtaining a new design of the cyclone with a more efficient gas purification system with minimal costs for its implementation, including operating costs.

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.The specified technical result in the implementation of the invention on the object device is achieved by the fact that to clean the gas from impurities, an ordinary dry cyclone is used, in which the gas to be cleaned is introduced into the cyclone body through a tangential inlet and removed from it through an axial exhaust pipe, and the separated solid particles are collected at the same time in a special receiver. A feature of this cyclone is that the cyclone body is made of a diffuser and a tapering nozzle, at the inlet end of which there is a guiding grid with tangential slit channels and an axial exhaust pipe with a regulating diaphragm, and a receiver with a pickup catch is fixed at the outlet end of the tapering nozzle of the above case solid particles, while the regulating diaphragm and chipper are made in the form of hollow truncated cones, which are movably and coaxially mounted inside the cyclone body with ozhnostyu independent movement relative to each other along its axis.

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.The specified technical result is also achieved by the fact that inside the hollow truncated cone of the chipper is installed a swirl, made mainly in the form of a flat spiral tape, rigidly fixed to the inner surface of the cone.

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.The indicated technical result is also achieved by the fact that inside the cyclone body, at the junction of the diffuser and the tapering nozzle, a cross is installed on which the drive and rods are fixed to move the control diaphragm and bump along the axis of the cyclone body.

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.In the study of the distinguishing features of the inventive cyclone device, no similar known solutions have been identified regarding the implementation of the cyclone body and the location of its internal elements with each other. And also no similar solutions have been identified regarding the regulation of the tangential and axial components of the velocity of the vortex flow directly inside the cyclone body.

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.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed solution, made it possible to establish that there is no analogue characterized by features that are identical (identical) to all the essential features of the claimed invention.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна" по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty" under applicable law.

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.To verify the claimed invention, the condition "inventive step", the applicant conducted an additional comparative analysis of known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed invention. The results of the analysis showed that the claimed invention does not follow explicitly for a specialist from the prior art and could be obtained only with a deep and comprehensive study of this issue.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step" under applicable law.

На фиг.1 изображен общий вид (в разрезе) устройства-циклона для очистки газа от твердых частиц (привод с тягами показан условно).Figure 1 shows a General view (in section) of a cyclone device for cleaning gas from solid particles (drive with rods shown conditionally).

На фиг.2 изображено сечение устройства-циклона по А-А на фиг.1.Figure 2 shows a cross-section of the cyclone device along aa in figure 1.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с помощью указанного технического результата, состоят в следующем.Information confirming the possibility of implementing the claimed invention using the specified technical result, are as follows.

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.The inventive cyclone includes a diffuser 1, a tapering nozzle 2, a guiding grid 3 with tangential slit channels 4, an axial exhaust pipe 5 with a regulating diaphragm 6, a receiver 7 with a chipper 8 for trapping solid particles 9, a gas swirler 10, a crosspiece 11, a drive 12 and traction 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.The cyclone works as follows. The gas to be cleaned using the guide grid 3 (Fig. 1) with tangential slotted channels 4 (Fig. 2) is evenly divided into separate vortex flows, which smoothly enter the diffuser 1 (Fig. 1) of the cyclone body. Under the action of a centrifugal field, solid particles are thrown together with the gas onto the inner wall of the diffuser 1. When interacting with the wall of the diffuser 1, the solid particles lose their tangential component of the vortex flow velocity and acquire axial velocity, which ultimately leads to their lagging and slipping relative to the gas jets. Under the influence of the gravitational field and the axial component of the vortex flow, solid particles settle on the inner surface of the tapering nozzle 2. Here, they finally lose the tangential component of the velocity of the vortex flow due to its collision with the walls of the tapering nozzle 2 and the chipper 8 and under the action of the axial component of the vortex gas flow into the receiver 7 and then roll into its lower part. While the gas flow, having also lost its tangential component of the velocity of the vortex flow, rotates in the receiver 7 by 180 ° and rushes up due to the pressure difference in the center of the vortex and on its periphery. Inside the hollow cone of the baffle 8, the gas is again twisted using a swirl 10 and rushes to the axial exhaust pipe 5. In this case, the outer layers of the newly formed vortex stream interact with the inner layers of the primary vortex stream and thereby create favorable conditions for the return of particles carried by the gas stream to the receiver 7, if for some reason the particles were captured by a newly formed gas stream. In this case, the captured solid particles, when interacting with the flat wall of the spiral swirl ribbon, are also braked on it and again returned to the receiver 7. Such secondary braking of the captured solid particles and their repeated return to the main vortex stream not only prevents their entrainment to the axial exhaust pipe 5, but and contributes to their coagulation and, as a consequence, to more intense precipitation from the vortex flow. Free of solid particles, the gas stream through the axial exhaust pipe 5 leaves the cyclone. In this case, it is very important to reduce the hydraulic resistance of the cyclone by gas to correctly select the ratio of the tangential component of the velocity of the vortex flow to its axial flow and thereby eliminate irreversible losses associated with its acceleration and braking. In practice, this is achieved by moving along the axis of the cyclone body of the regulating diaphragm 6 and the chipper 8. So, lowering or raising the regulating diaphragm 6, it is easy to change the tangential component of the velocity of the vortex flow in the initial section of the diffuser 1, while lowering or raising the chipper 8 at the exit from the tapering nozzle 2, it is easy to adjust the axial component of the velocity of the vortex flow and thereby facilitate an unstressed turn of the gas flow in the receiver 7 through 180 ° from its original axial direction. It should also be noted that this control process must be correlated, taking into account both the flow rate of the gas to be purified and the pressure drop on the cyclone axis caused by the structure of the vortex flow. Moreover, it is advisable to carry out such adjustment of the tangential and axial components of the velocity of the vortex flow using a computer or any other actuator capable of instantly measuring the flow rate of the gas to be cleaned and the static pressure inside the cyclone body.

Технический эффект от использования изобретения состоит в следующем.The technical effect of using the invention is as follows.

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.The proposed cyclone has a low metal consumption, is easy to manufacture and reliable in operation. The degree of gas purification in this cyclone is very high, which allows it to be used not only in industrial installations, but also in household technical devices that provide comfortable conditions in rooms for people. In addition, its purification scheme allows the use of this cyclone for chemically active and highly enthalpy gas flows, including gas flows with a large inclusion of solid acid residues of alkali metals. The design of the proposed cyclone is easily sectioned and unified for a wide range of tasks. Battery, i.e. the parallel installation of such cyclones in one unit does not cause any difficulties, but on the contrary, contributes to the efficient use of the cyclone for cleaning very large gas flows with an unstable operating mode for gas flow. Thus, during battery installation, some of the cyclones can be in standby mode and automatically turn on if necessary or immediately at the time of cleaning system overload. The installation of these cyclones by a train is also possible, because the degree of gas purification with this arrangement only increases.

Таким образом, изложенные выше сведения показывают, что при использовании заявляемого изобретения выполнена следующая совокупность условий:Thus, the above information shows that when using the claimed invention, the following combination of conditions:

- 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;- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is intended for use in industry, namely in any process for cleaning gases from solid impurities, including acid residues of alkali metals;

- 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;- for the inventive device in the form as described in the independent clause of the claims, the possibility of implementation using the methods and methods described above or known prior to the priority date is confirmed;

- средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- a tool embodying the invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result.

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.An advantage of the claimed invention is that as a result of its implementation, the degree of gas purification is increased, and the simplicity of its construction significantly reduces all types of costs for cleaning gas flows, including operational, while ensuring a high degree of reliability.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "промышленная применимость" по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability" under applicable law.

Claims

1. A cyclone comprising a housing with a tangential gas inlet, an axial exhaust pipe and a receiver for collecting particulate matter, characterized in that its housing is made of a diffuser and a tapering nozzle, at the inlet end of which there is a guiding grid with tangential slotted channels and an axial exhaust pipe with a regulating diaphragm, and at the output end of the tapering nozzle of the aforementioned housing, a receiver with a chipper for trapped solid particles is fixed, while the regulating diaphragm and chipper are made in ide hollow truncated cones, which are movably and coaxially mounted inside the cyclone body with the possibility of independent movement relative to each other along its axis.

2. The cyclone according to claim 1, characterized in that a swirler is installed inside the hollow truncated cone of the chipper, made primarily in the form of a flat spiral tape rigidly fixed to the inner surface of the cone.

3. A cyclone according to any one of claims 1 and 2, characterized in that a crosspiece is mounted inside the cyclone body at the junction of the diffuser and the tapering nozzle, on which the drive and rods are mounted to move the control diaphragm and bump along the axis of the cyclone body.