RU2361649C1

RU2361649C1 - Continuous self-regenerating cyclone filter for cleaning of gases from dust

Info

Publication number: RU2361649C1
Application number: RU2008104531/15A
Authority: RU
Inventors: Александр Валентинович Логинов (RU); Александр Валентинович Логинов; Екатерина Витальевна Асмолова (RU); Екатерина Витальевна Асмолова; Вера Григорьевна Иванова (RU); Вера Григорьевна Иванова; Юрий Владимирович Красовицкий (RU); Юрий Владимирович Красовицкий; Наталья Николаевна Лобачева (RU); Наталья Николаевна Лобачева; Роман Александрович Важинский (RU); Роман Александрович Важинский
Priority date: 2008-02-06
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2009-07-20

Abstract

FIELD: technological processes, filters.

SUBSTANCE: invention is intended for dry cleaning of gases from dust. Cyclone filter comprises cylindrical body with cover, conic bottom, tangentially installed nozzle for introduction of dusty gas and nozzle for discharge of cleaned gas, rotary star-shaped filtering element from porous material with bound structure, two or more additional star-shaped filtering elements from porous material with bound structure, which are engaged with rotary filtering element and are installed with the possibility of rotation around cantilever hollow perforated axes. Body is separated with partition into chambers of dusty and cleaned gas. Rotary filtering element is installed in the centre of dusty gas chamber, is installed with the possibility to provide for interrupted reciprocal motion along axis of rotation and variation of rotation frequency depending on extent of cleaned gas dustiness, is equipped with brush-like surface arranged in the form of evolvent that provides for intact contact with surfaces of additional filtering elements in the period of their interaction in process of rotation. Nozzle for supply of dusty gas is located in lower part of dusty gas chamber.

EFFECT: higher efficiency of dust collection, cleaning quality and efficiency.

5 dwg

Description

Изобретение относится к технике, предназначенной для сухой очистки газов от пыли, и может быть использовано в химический, пищевой, строительной, фармацевтической, металлургической и других областях 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 к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для очистки газов от пыли, включающее вращающийся фильтр цилиндрической или звездообразной формы из пористого материала со связанной структурой, цилиндрический корпус, коническое днище, ввод запыленного и вывод очищенного газа [Пат. 2220784 РФ, МПК⁷ В04С 9/00, В01D 36/00, 50/00, Опубл. 10.01.04, Бюл. № 15. Саморегенерирующийся фильтр-циклон для очистки газов от пыли].Closest to the claimed object in technical essence and the achieved effect is a device for cleaning gases from dust, including a rotating filter of a cylindrical or star shape from a porous material with a related structure, a cylindrical body, a conical bottom, the input of dusty and the output of purified gas [Pat. 2220784 RF, IPC ⁷ V04C 9/00, B01D 36/00, 50/00, Publ. 01/10/04, Bull. No. 15. Self-regenerating filter cyclone for dust removal from gases].

Недостатком устройства является его недостаточно высокие эффективность очистки и производительность, изменяющееся высокое гидравлическое сопротивление, необходимость обеспечения высокой скорости вращения фильтровального элемента (цилиндрической или звездообразной формы из пористого материала со связанной структурой) и образования на его поверхности слоя осадка значительной толщины для создания условий его саморегенерации.The disadvantage of this device is its insufficiently high cleaning efficiency and productivity, variable high hydraulic resistance, the need to ensure a high rotation speed of the filter element (cylindrical or star-shaped from a porous material with a connected structure) and the formation of a layer of sediment of considerable thickness on its surface to create conditions for its self-regeneration.

Техническая задача предлагаемого изобретения - разработка саморегенерирующегося фильтра-циклона для очистки газов от пыли непрерывного действия, позволяющего повысить эффективность пылеулавливания, качество очистки и производительность фильтра-циклона за счет саморегенерации фильтровальных элементов, обеспечивающей непрерывное удаление с поверхности образующегося слоя осадка.The technical task of the invention is the development of a self-regenerating cyclone filter for gas purification from continuous dust, which improves dust collection efficiency, cleaning quality and filter cyclone performance due to self-regeneration of filter elements, which ensures continuous removal of sediment layer from the surface.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в саморегенерирующемся фильтре-циклоне для очистки газов от пыли непрерывного действия, включающем цилиндрический корпус с крышкой, с коническим днищем, тангенциально расположенным штуцером для ввода запыленного и штуцером вывода очищенного газа, новым является то, что корпус разделен перегородкой на камеры запыленного и очищенного газа, а камера запыленного газа снабжена расположенным в центре приводным звездообразным фильтровальным элементом из пористого материала со связанной структурой, закрепленным на расположенном в подшипниковых узлах перфорированном полом валу, способном совершать от внешнего источника прерывистые возвратно-поступательные движения вдоль своей оси вращения и изменять частоту вращения в зависимости от степени запыленности очищаемого газа и структуры осадка, образуемого на его поверхности и на поверхности других звездообразных фильтровальных элементов из пористого материала со связанной структурой, находящихся с ним в зацеплении, количество которых может быть два и больше, и вращающихся вокруг консольных полых перфорированных осей, верхние концы которых закреплены в подшипниковых узлах, приводной фильтровальный элемент дополнительно снабжен щетинообразной поверхностью, выполненной в форме эвольвенты и обеспечивающей безотрывное соприкосновение с фильтровальной поверхностью других элементов, являющихся эволютами по отношению к эвольвенте в период их взаимодействия при осуществлении вращения, при этом в начальный момент времени вращения обеспечивает острый угол щетин с очищаемой поверхностью этих элементов, входной штуцер расположен в нижней части цилиндрического корпуса камеры запыленного газа, коническое днище выполнено в виде кольцевого канала из двух обратнорасположенных усеченных конусов, образующие боковых поверхностей которых составляют с вертикалью угол, меньший угла естественного откоса улавливаемой пыли.The technical problem of the invention is achieved in that in a self-regenerating cyclone filter for gas purification from continuous dust, including a cylindrical body with a lid, with a conical bottom, a tangentially located nozzle for introducing dusty and an outlet for purified gas, it is new that the case is divided by a partition onto dusty and purified gas chambers, and the dusty gas chamber is provided with a centrally located star-shaped filter element made of porous material with a bound a structure mounted on a perforated hollow shaft located in the bearing assemblies, capable of intermittent reciprocating movements from an external source along its axis of rotation and varying the frequency of rotation depending on the degree of dustiness of the gas being cleaned and the structure of the sediment formed on its surface and on the surface of other star-shaped filter elements of a porous material with a related structure, engaged with it, the number of which can be two or more, and rotating Around the cantilever hollow perforated axes, the upper ends of which are fixed in the bearing units, the drive filter element is additionally provided with a bristle-shaped surface made in the form of an involute and providing continuous contact with the filter surface of other elements that are evolving with respect to the involute during their interaction during rotation at the same time, at the initial moment of time of rotation, it provides an acute angle of the bristles with the surface of these elements being cleaned, one fitting is located in the lower part of the cylindrical body of the dusty gas chamber, the conical bottom is made in the form of an annular channel of two reverse truncated cones, the sides of which form a vertical angle with the vertical angle less than the angle of repose of the captured dust.

Технический результат заключается в осуществлении высокой эффективности пылеулавливания, возможности тонкой очистки, обеспечении непрерывной работы фильтра за счет саморегенерации его поверхности без остановки работы фильтра-циклона, снижении сопротивления процессу фильтрования, а следовательно, повышении производительности аппарата и снижении энергозатрат на проведение процесса, увеличении площади поверхности фильтрования, повышении качества очистки и надежности работы, сохранении компактности аппарата и простоты в эксплуатации и изготовлении, оптимизировании процесса саморегенерации фильтра изменением частоты вращения вала приводного звездообразного элемента.The technical result consists in the implementation of high efficiency of dust collection, the possibility of fine cleaning, ensuring continuous operation of the filter due to self-regeneration of its surface without stopping the filter cyclone, reducing the resistance to the filtering process, and therefore, increasing the productivity of the apparatus and reducing energy consumption for the process, increasing the surface area filtering, improving the quality of cleaning and reliability, maintaining the compactness of the apparatus and ease of operation and manufacturing, optimizing the process of self-regeneration of the filter by changing the frequency of rotation of the shaft of the drive star-shaped element.

На фиг.1 представлен общий вид саморегенерирующегося фильтра-циклона, на фиг.2 - звездообразные фильтровальные элементы и приводящий их во вращение звездообразный элемент с щетинообразными поверхностями (разрез по А-А); на фиг.3 - коническое днище, выполненное в виде сужающегося кольцевого канала из двух обратнорасположенных усеченных конусов (разрез по В-В); фиг.4 - перфорированная ось вращающихся фильтровальных элементов из пористого материала со связанной структурой (разрез Б-Б); фиг.5 - щетинообразная поверхность по эвольвенте приводного звездообразного фильтровального элемента (вид Г на фиг.2).Figure 1 presents a General view of a self-regenerating filter cyclone, figure 2 - star-shaped filter elements and bringing them into rotation a star-shaped element with bristle-like surfaces (section AA); figure 3 is a conical bottom, made in the form of a tapering annular channel of two reverse truncated cones (section along BB); figure 4 - perforated axis of the rotating filter elements of a porous material with a related structure (section BB); 5 is a bristle-like surface along the involute of the drive star-shaped filter element (view G in figure 2).

Саморегенерирующийся фильтр-циклон для очистки газов от пыли непрерывного действия состоит из цилиндрического корпуса 1 с крышкой 2, разделенного перегородкой 3 на камеры запыленного 4 и очищенного 5 газа, в нижней части цилиндрического корпуса которого расположен штуцер 6 для ввода в аппарат запыленного газа, а на крышке - штуцер очищенного газа 7, звездообразные фильтровальные элементы из пористого материала со связанной структурой 8, вращающиеся на консольных перфорированных полых осях 9, верхние концы которых закреплены в подшипниковых узлах, приводной звездообразный элемент с щетинообразной поверхностью 10, закрепленный на расположенном в подшипниковых узлах перфорированном полом валу 11, конического днища 12, выполненного в виде сужающегося кольцевого канала из двух обратнорасположенных усеченных конусов и выполняющего роль циклона и пылевыгрузочного устройства с кольцевым штуцером 13. Количество фильтровальных элементов зависит от требуемой степени очистки и области применения.A self-regenerating filter cyclone for cleaning gases from continuous dust consists of a cylindrical body 1 with a cover 2, divided by a partition 3 into dusty chambers 4 and purified 5 gas, in the lower part of the cylindrical body of which there is a fitting 6 for introducing dusty gas into the apparatus, and the lid - a fitting of purified gas 7, star-shaped filter elements made of porous material with a connected structure 8, rotating on cantilevered perforated hollow axes 9, the upper ends of which are fixed in bearing nodes, a star-shaped drive element with a bristle-like surface 10, mounted on a perforated hollow shaft 11 located in the bearing assemblies, of a conical bottom 12, made in the form of a tapering annular channel of two reverse truncated cones and acting as a cyclone and dust discharge device with an annular fitting 13. The number of filtering elements depends on the required degree of purification and area of application.

Саморегенерирующийся фильтр-циклон для очистки газов от пыли непрерывного действия работает следующим образом.Self-regenerating filter cyclone for cleaning gases from continuous dust works as follows.

Пылегазовый поток по штуцеру 6, установленному тангенциально к цилиндрическому корпусу 1 фильтра-циклона, поступает в фильтр-циклон и вращается в нем с некоторой окружной скоростью, что приводит к возникновению центробежной силы, действующей на частицы пыли. Частицы пыли, вращаясь вместе с пылегазовым потоком, под действием центробежной силы и радиальной составляющей скорости двигаются одновременно к стенке корпуса и, достигая ее, спиралеобразно за счет сил трения о стенку опускаются вниз по внешней боковой поверхности сужающегося кольцевого канала 12 к кольцевым штуцерам 13. Под действием избыточного давления на наружной поверхности по отношению к внутренней полости фильтра газовый поток, освобожденный от основной массы твердых частиц пыли в циклоне, проходит через пористую боковую поверхность звездообразного фильтра 8 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 через перфорированную ось 9 поступает в камеру очищенного газа 5 и через штуцер 7 выводится из аппарата. Звездообразные фильтровальные элементы из пористого материала со связанной структурой 8 медленно вращаются (n=1 мин^-1) вокруг консольных перфорированных полых осей 9, верхние концы которых закреплены в подшипниковых узлах. Их вращение осуществляется от находящегося с ними в зацеплении звездообразного элемента с щетинообразными поверхностями 10, закрепленного на полом валу 11, расположенного в центре многоэлементного фильтра-циклона и имеющего возможность изменять частоту своего вращения в зависимости от степени запыленности очищаемого газа и структуры осадка, образуемого на поверхности фильтровальных элементов звездообразной формы из пористого материала со связанной структурой, а также совершать прерывистые возвратно-поступательные движения вдоль своей оси вращения от внешнего источника. С увеличением степени запыленности очищаемого газа частота вращения вала 11 и закрепленного на нем звездообразного элемента с щетинообразными поверхностями 10, а следовательно, и находящихся с ним в зацеплении фильтровальных элементов из пористого материала со связанной структурой 8 увеличивается, а с уменьшением степени запыленности - уменьшается. Это приводит к выравниванию толщины слоя осадка из пыли, образующегося на поверхности фильтровальных элементов и непрерывно удаляемого с нее при соприкосновении с щетиноообразной поверхностью вращающегося и совершающего прерывистые возвратно-поступательные движения вдоль оси вращения звездообразного элемента 10. Для обеспечения безотрывного соприкосновения щетинообразной поверхности с фильтровальной поверхностью в период их взаимодействия при осуществлении вращения образующая щетинообразной поверхности звездообразного элемента 10 имеет форму эвольвенты 14, а щетины 15 на ней в начальный момент периода взаимодействия при осуществлении вращения образуют острый угол β с поверхностью фильтровальных элементов 8, образующая которой является эволютой 16 по отношению к эвольвенте 14. Это обеспечивает снятие (удаление) образовавшегося осадка пыли с поверхности фильтровальных элементов из пористого материала со связанной структурой, а следовательно, понижение их гидравлического сопротивления и повышение производительности фильтра-циклона. Таким образом, осуществляется непрерывная саморегенерация фильтровальных элементов. Пыль, удаляемая с поверхности фильтровальных элементов 8 щетинообразной поверхностью звездообразного элемента 10 при их соприкосновении, при вращении и совершении прерывистых возвратно-поступательных движений звездообразного элемента 10, ссыпается вниз и по внутренней боковой поверхности сужающегося кольцевого канала 12 из двух обратнорасположенных конусов, образующие боковых поверхностей которых составляют с вертикалью угол, меньший угла естественного откоса улавливаемой пыли, сползает к кольцевому штуцеру 13 и через него удаляется из аппарата.The dust and gas stream through the nozzle 6, mounted tangentially to the cylindrical body 1 of the filter cyclone, enters the filter cyclone and rotates in it at a certain peripheral speed, which leads to the appearance of a centrifugal force acting on the dust particles. Dust particles, rotating together with the dust and gas flow, under the action of centrifugal force and the radial velocity component move simultaneously to the housing wall and, reaching it, spiral down due to the friction forces against the wall, fall down the outer side surface of the tapering annular channel 12 to the ring fittings 13. Under the action of excess pressure on the outer surface with respect to the inner cavity of the filter, a gas stream freed from the bulk of the solid dust particles in the cyclone passes through the porous side awn radial filter 8 and simultaneously released from minute dust particles whose size is determined by the structure of 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 filter’s internal cavity through the perforated axis 9 enters the purified gas chamber 5 and is discharged from the apparatus through the nozzle 7. Star-shaped filter elements of a porous material with a connected structure 8 rotate slowly (n = 1 min ^-1 ) around the cantilevered perforated hollow axes 9, the upper ends of which are fixed in the bearing assemblies. Their rotation is carried out from the star-shaped element with the bristle-shaped surfaces 10, fixed on the hollow shaft 11, located in the center of the multi-element cyclone filter and having the ability to change its frequency of rotation depending on the degree of dustiness of the gas being cleaned and the structure of the sediment formed on the surface star-shaped filter elements of a porous material with a related structure, as well as to perform intermittent reciprocating movements along the axis of rotation from an external source. With an increase in the degree of dustiness of the gas being cleaned, the rotational speed of the shaft 11 and a star-shaped element fixed on it with bristle-like surfaces 10, and consequently of filter elements made of porous material with a connected structure 8 connected with it, increases, and decreases with a decrease in the degree of dustiness. This leads to an equalization of the thickness of the layer of sediment from dust that forms on the surface of the filter elements and is continuously removed from it when it contacts the bristle-like surface and rotates and performs intermittent reciprocating movements along the axis of rotation of the star-shaped element 10. To ensure the bristle-shaped surface is in continuous contact with the filter surface in the period of their interaction during the rotation forming a bristle-like surface of a star-shaped element a 10 is in the form of an involute 14, and the bristles 15 on it at the initial moment of the interaction period during rotation form an acute angle β with the surface of the filter elements 8, the generatrix of which is evolute 16 with respect to involute 14. This ensures the removal (removal) of the resulting dust residue from the surface of the filter elements of a porous material with a related structure, and therefore, lowering their hydraulic resistance and increasing the performance of the filter cyclone. Thus, continuous self-regeneration of the filter elements. Dust removed from the surface of the filter elements 8 by the bristle-like surface of the star-shaped element 10 when they touch, during rotation and intermittent reciprocating movements of the star-shaped element 10, is poured down and along the inner side surface of the tapering annular channel 12 of two backwardly arranged cones forming the side surfaces of which make up a vertical angle smaller than the angle of repose of the captured dust, slides to the annular fitting 13 and is removed through it of the device.

Использование предлагаемого саморегенерирующегося фильтра-циклона для очистки газов от пыли непрерывного действия позволяет:Using the proposed self-regenerating cyclone filter for cleaning gases from continuous dust allows you to:

- обеспечить высокую эффективность выделения из пылегазового потока твердых частиц как крупной, так и мелкой фракций;- to ensure high efficiency of the separation of solid particles from dust and gas flow of both large and small fractions;

- увеличить исходную концентрацию пыли;- increase the initial concentration of dust;

- обеспечить непрерывную работу фильтра за счет саморегенерации его поверхности без остановки работы фильтра-циклона;- to ensure continuous operation of the filter due to self-regeneration of its surface without stopping the operation of the filter cyclone;

- снизить сопротивление процессу фильтрования, а следовательно, повысить производительность аппарата и снизить энергозатраты на проведение процесса;- reduce resistance to the filtering process, and therefore, increase the productivity of the apparatus and reduce energy costs for the process;

- увеличить площадь поверхности фильтрования;- increase the surface area of the filter;

- повысить качество очистки и надежность работы, сохранить компактность аппарата и простоту в эксплуатации и изготовлении;- improve the quality of cleaning and reliability, maintain the compactness of the apparatus and ease of operation and manufacture;

- оптимизировать процесс саморегенерации фильтра изменением частоты вращения вала приводного звездообразного элемента или его прерывистых возвратно-поступательных движений.- to optimize the process of filter self-regeneration by changing the speed of the shaft of the drive star-shaped element or its intermittent reciprocating movements.

Claims

A self-regenerating filter cyclone for cleaning gases from continuous dust, including a cylindrical body with a cover, a conical bottom, a tangentially located nozzle for introducing dusty gas and a nozzle for removing purified gas, a rotating star-shaped filter element made of porous material with a connected structure, characterized in that it equipped with two or more additional star-shaped filter elements of a porous material with a related structure, meshed with a rotation a star-shaped filter element mounted rotatably around cantilever hollow perforated axes, the upper ends of which are fixed in the bearing assemblies, the housing being divided by a partition into dusty and purified gas chambers, the rotating star-shaped filter element located in the center of the dusty gas chamber, installed with the possibility providing intermittent reciprocating motion along the axis of rotation and changing the frequency of rotation depending on the degree of smell of purification gas and is provided with a bristle-like surface made in the form of an involute, providing continuous contact with the surfaces of additional star-shaped filter elements during their interaction during rotation, while the nozzle for introducing dusty gas is located in the lower part of the chamber of dusty gas, and the bottom makes an angle with the vertical, less than the angle of repose of the captured dust.