RU2818705C1 - Мультивихревой фильтр для очистки газов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройствам для очистки газов от жидких и твердых мелкодисперсных частиц, может быть использовано в энергетической, химической, строительной, пищевой и других отраслях промышленности. Мультивихревой фильтр для очистки газов включает устанавливаемый в газоотвод корпус, состоящий из закрытых с одной стороны крышкой камер, оснащенных с другой стороны расположенными перпендикулярно потоку газа квадратными отверстиями со стороной L, которые расположены рядами и равноудалены друг от друга на расстояние, равное L/4, по периметру каждого отверстия жестко закреплены сепарационные элементы, образующие стенки камер и представляющие собой профиль с перфорацией в виде прямоугольных вертикальных прорезей. На двух противоположных стенках профиля на расстоянии L/8 от каждого угла расположены по две прямоугольные прорези шириной L/4, а на двух других - по одной прорези шириной L/4 посередине стенки и по две прорези шириной L/8 в каждом углу. Суммарная площадь прорезей в стенках каждой камеры равна площади квадратного отверстия. Сепарационные элементы размещены так, что каждый элемент повернут относительно соседнего на 90 градусов. Пространства между стенками камер сообщены с пространством воздуховода, противоположным квадратным отверстиям, в том числе и равномерно расположенными отверстиями. Квадратные отверстия выполнены сверху корпуса для отвода очищенного газа. Корпус выполнен сборным, состоящим из верхних П-образных элементов с верхними выступами и нижних перевернутых П-образных тонкостенных элементов. В стенках нижних элементов, расположенных на расстоянии L друг от друга, последовательно и симметрично выполнены одинаковые по высоте прямоугольные вертикальных прорези, причем сначала прорезь шириной L/8, потом на расстоянии L/4 прорезь шириной L/4, далее на расстоянии L/4 прорезь шириной L/8, и ряд отверстий по периметру П-образного элемента диаметром, близким к L/4, для сообщения с пространством между камерами и обеспечения перемычек h между отверстиями, исключающими их разрушение в процессе эксплуатации. Затем на расстоянии 3/8 L от вертикальной прорези шириной L/8 плюс толщина стенок верхнего элемента на расстоянии друг от друга L/4 две прорези шириной L/4, а после них аналогично для сообщения с пространством между камерами ряд отверстий, аналогичный первому ряду. При необходимости увеличения длины нижнего элемента прорези и отверстия повторяют. В верхних элементах верхние выступы толщиной L/4 плюс толщина стенок нижнего элемента и длиной не менее L/2 установлены в одной плоскости с верхней перемычкой, снаружи и между боковыми стенками, причем на двух парных противоположных стенках верхнего элемента на расстоянии L/8 от каждого угла расположены по две прямоугольные прорези шириной L/4, а на двух других - по одной прорези шириной L/4 посередине стенки и по краям по две прорези шириной L/8. Количество парных стенок выбирают четным. Для получения четного количества камер нечетное количество верхних элементов жестко соединяют между собой при помощи верхних выступов, обеспечивая расстояние между стенками верхнего элемента, равное L, а нижние элементы жестко присоединяют перпендикулярно и снизу верхних элементов, последовательно разверчивая по горизонтали на 180° так, чтобы ряды отверстий были расположены между стенками верхних элементов. Технический результат: использование в воздуховодах различного прямоугольного сечения за счет сборной модульной конструкции, а также увеличенного периода между очистками за счет емкости для сбора отсепарированных частиц, образованной камерами с соответствующими крышками снизу. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Предложенное изобретение относится к устройствам для очистки газов от жидких и твердых мелкодисперсных частиц, может быть использовано в энергетической, химической, строительной, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен пылеуловитель-классификатор с соосно расположенными трубами (патент на ПМ RU № 201604, МПК B01D 45/04, B04C 5/103, опубл. 23.12.2020, Бюл. № 36), содержащий корпус, осевую трубу входа газопылевого потока с его подачей сверху пылеуловителя, экран, приемный бункер для сбора пыли и патрубок вывода очищенного газа, причем на противоположном конце осевой трубы входа газопылевого потока установлено коническое днище для выгрузки сыпучего материала, при этом в нижней части цилиндрической трубы выполнены прорези прямоугольной формы, экран представляет собой поперечную перегородку, установленную в кольцевом пространстве пылеуловителя-классификатора между корпусом и осевой трубой, в поперечной перегородке выполнены равноудаленные радиальные отверстия в четном количестве, причем прорези прямоугольной формы выполнены напротив площадки, расположенной между соседними отверстиями поперечной перегородки, при этом перегородка расположена строго над прямоугольными прорезями, кроме того, патрубок вывода очищенного газа находится в верхней части корпуса.

Недостатками пылеуловителя-классификатора являются высокая металлоемкость, невысокая степень сепарации частиц с размером (0,5-5,0) мкм, узкая область применения из-за невозможности использования деталей для различных типоразмеров воздуховодов.

Наиболее близким по технической сущности является мультивихревой сепаратор для очистки газов (патент на ПМ RU № 208304, МПК B04C 5/103, опубл. 13.12.2021, Бюл. № 35), включающий корпус прямоугольного сечения, состоящий из обечайки, основания и съемной крышки, в основании корпуса выполнены четыре квадратных отверстия со стороной L для ввода загрязненного газа, которые расположены рядами и равноудалены друг от друга и от обечайки на расстояние, равное L/4, по периметру каждого отверстия жестко закреплены сепарационные элементы, представляющие собой профиль с перфорацией в виде прямоугольных вертикальных прорезей, причем на двух противоположных стенках профиля на расстоянии L/8 от каждого угла расположены по две прямоугольные прорези шириной L/4, а на двух других - по одной прорези шириной L/4 посередине стенки и по две прорези шириной L/8 в каждом углу, при этом суммарная площадь прорезей каждого сепарационного элемента равна площади квадратного отверстия в основании, сепарационные элементы размещены так, что каждый элемент повернут относительно соседнего на 90 градусов, а в крышке над пространством, образованным между сепарационными элементами и между обечайкой корпуса и сепарационными элементами, равномерно расположены отверстия для отвода очищенного газа.

Недостатками наиболее близкого аналога являются узкая область применения из-за невозможности использования деталей для различных типоразмеров воздуховодов, а также отсутствие емкости для сбора отсепарированных крупных частиц, что требует регулярного и достаточно частного извлечения сепаратора из потока для очистки.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является создание мультивихревого фильтра для очистки газов, позволяющего использовать в воздуховодах различного прямоугольного сечения за счет сборной модульной конструкции, а также увеличенного периода между очистками за счет емкости для сбора отсепарированных частиц, образованной камерами с соответствующими крышками снизу.

Техническим решением является мультивихревой фильтр для очистки газов, включающий устанавливаемый в газоотвод корпус, состоящий закрытых с одной стороны крышкой камер, оснащенных с другой стороны расположенными перпендикулярно потоку газа квадратными отверстиями со стороной L, которые расположены рядами и равноудалены друг от друга на расстояние, равное L/4, по периметру каждого отверстия жестко закреплены сепарационные элементы, образующие стенки камер и представляющие собой профиль с перфорацией в виде прямоугольных вертикальных прорезей, причем на двух противоположных стенках профиля на расстоянии L/8 от каждого угла расположены по две прямоугольные прорези шириной L/4, а на двух других - по одной прорези шириной L/4 посередине стенки и по две прорези шириной L/8 в каждом углу, при этом суммарная площадь прорезей в стенках каждой камеры равна площади квадратного отверстия, сепарационные элементы размещены так, что каждый элемент повернут относительно соседнего на 90 градусов, причем пространства между стенками камер сообщены с пространством воздуховода, противоположным квадратным отверстиям, в том числе и равномерно расположенными отверстиями.

Новым является то, что квадратные отверстия выполнены сверху корпуса для отвода очищенного газа, а корпус выполнен сборным, состоящим из верхних П-образных элементов с верхними выступами и нижних перевернутых П-образных тонкостенных элементов, в стенках нижних элементов, расположенных на расстоянии L друг от друга, последовательно и симметрично выполнены одинаковые по высоте прямоугольные вертикальных прорези, причем сначала прорезь шириной L/8, потом на расстоянии L/4 прорезь шириной L/4, далее на расстоянии L/4 прорезь шириной L/8 и ряд отверстий по периметру П-образного элемента диаметром близким к L/4 для сообщения с пространством между камерами и обеспечения перемычек h между отверстиями, исключающими их разрушение в процессе эксплуатации, затем на расстоянии 3/8 L от вертикальной прорези шириной L/8 плюс толщина стенок верхнего элемента на расстоянии друг от друга L/4 две прорези шириной L/4, а после них аналогично для сообщения с пространством между камерами ряд отверстий аналогичный первому ряду, при необходимости увеличения длины нижнего элемента прорези и отверстия повторяют, в верхних элементах верхние выступы толщиной L/4 плюс толщина стенок нижнего элемента и длиной не менее L/2 установлены в одной плоскости с верхней перемычкой, снаружи и между боковыми стенками, причем на двух парных противоположных стенках верхнего элемента на расстоянии L/8 от каждого угла расположены по две прямоугольные прорези шириной L/4, а на двух других - по одной прорези шириной L/4 посередине стенки и по краям по две прорези шириной L/8, количество парных стенок выбирают четным, причем для получения четного количества камер нечетное количество верхних элементов жестко соединяют между собой при помощи верхних выступов, обеспечивая расстояние между стенками верхнего элемента равное L, а нижние элементы жестко присоединяют перпендикулярно и снизу верхних элементов, последовательно разверчивая по горизонтали на 180° так, чтобы ряды отверстий были расположены между стенками верхних элементов.

Новым является также то, что выступающие по краям корпуса верхние выступы выполнены с возможностью обрезки по периметру до необходимых размеров.

На фиг. 1 изображен корпус фильтра в изометрии.

На фиг. 2 изображен вид сбоку фильтра.

На фиг. 3 изображен разрез Б-Б фиг. 2.

На фиг. 4 изображена выноска А фиг. 3.

На фиг. 5 изображен верхний элемент корпуса с 4 парными стенками.

На фиг. 6 изображен нижний элемент корпуса с 4 группами прорезей, разделенных отверстиями (2 по 2) в противоположных стенках.

Мультивихревой фильтр для очистки газов включает в себя устанавливаемый в воздуховод корпус 1 (фиг. 1), состоящий закрытых с одной стороны крышкой 2 камер 3, оснащенных с другой стороны крышки 2 расположенными перпендикулярно потоку газа квадратными отверстиями 4 со стороной L, которые расположены рядами и равноудалены друг от друга на расстояние, равное L/4. По периметру каждого отверстия 3 жестко закреплены сепарационные элементы, образующие парные стенки 5 и 6 камер 2 и представляющие собой профиль с перфорацией в виде прямоугольных вертикальных прорезей 7 и 8, причем на двух противоположных стенках 5 или 6 профиля на расстоянии L/8 от каждого угла расположены по две прямоугольные прорези 8 шириной L/4, а на двух других - по одной 8 прорези шириной L/4 посередине стенки и по две прорези 7 шириной L/8 в каждом углу, при этом суммарная площадь прорезей 7 и 8 в стенках 5 и 6 каждой камеры 2 равна площади квадратного отверстия 3 для обеспечения снижения сопротивления потоку газа. Сепарационные элементы - стенки 5 и 6 размещены так, что каждый элемент повернут относительно соседнего на 90 градусов, причем пространства между стенками камер 2 сообщены с пространством воздуховода, противоположным квадратным отверстиям 3, в том числе и равномерно расположенными отверстиями 9. Квадрантные отверстия 3 выполнены сверху корпуса 1 для отвода очищенного газа. Корпус 1 выполнен сборным, состоящим из верхних П-образных тонкостенных элементов 10 с верхними выступами 11 и нижних перевернутых П-образных тонкостенных элементов 12.

В стенках 6 (фиг. 6) нижних элементов, расположенных на расстоянии L друг от друга, последовательно и симметрично выполнены одинаковые по высоте прямоугольные вертикальных прорези 7 и 8, причем сначала прорезь 7 шириной L/8, потом на расстоянии L/4 прорезь 8 шириной L/4, далее на расстоянии L/4 прорезь 7 шириной L/8 и ряд отверстий 9 по периметру П-образного элемента диаметром D близким к L/4 для сообщения с пространством между камерами 1 (фиг. 1) и обеспечения перемычек h (фиг. 6) между отверстиями 9, исключающими их разрушение в процессе эксплуатации, затем на расстоянии 3/8 L от вертикальной прорези 7 шириной L/8 плюс толщина стенок верхнего элемента на расстоянии друг от друга L/4 две прорези 8 шириной L/4, а после них аналогично для сообщения с пространством между камерами 3 (фиг. 1) ряд отверстий 9 (фиг. 6) аналогичный первому ряду. При необходимости увеличения длины нижнего элемента 12 прорези 7 и 8 и отверстия 9 повторяют. Нижний элемент 12 может быть изготовлен цельным до получения необходимой длины или соединением торцами частей с парой повторяющихся прорезей 7 и 8 и отверстий 9. На фиг. 6 изображен нижний элемент 12 с четырьмя группами прорезей 7 и 8, разделенных отверстиями 9 (можно две части изготовить по две группы прорезей 7 и 8 и соединить торцами сваркой, клеем, термопастой или т.п.) в противоположных стенках 6. Нижняя горизонтальная полка между отверстиями образует крышку 2 при сборке корпуса 1 (фиг. 1).

В верхних элементах верхние выступы 11 (фиг. 5) толщиной L/4 плюс толщина стенок нижнего элемента 12 и длиной не менее L/2 установлены в одной плоскости с верхней перемычкой 13, снаружи и между боковыми стенками 5. Причем на двух парных противоположных стенках верхнего элемента на расстоянии L/8 от каждого края расположены по две прямоугольные прорези 8 шириной L/4, а на двух других - по одной прорези 8 шириной L/4 посередине стенки и по краям по две прорези 7 шириной L/8, количество парных стенок 5 выбирают четным. На фиг. 5 изображен верхний элемент 10 с четырьмя парными стенками 5, образующих пространство между камерами 3 (фиг. 1). Верхний элемент 10 (фиг. 5) можно изготовить цельным или сборным (можно две части изготовить по две пары стенок 5 и соединить сваркой, клеем, термопастой или т.п. верхними выступами 11 с соблюдением необходимых расстояний L/8 между парными стенками 5).

Верхние 6 (фиг. 5) и нижние (фиг. 6) элементы такой конструкции могут изготавливаться из листового материала, что упрощает изготовление и уменьшает количество вырезаемого материала.

Для получения четного количества камер 3 (фиг. 1) нечетное количество верхних элементов 10 жестко соединяют между собой при помощи верхних выступов, обеспечивая расстояние между стенками верхнего элемента 10 для камеры 3 равное L, а нижние элементы 12 жестко присоединяют (сваркой, клеем, посадкой с натягом или т.п.) перпендикулярно и снизу верхних элементов 10, последовательно разверчивая по горизонтали на 180° так, чтобы ряды отверстий 9 были расположены между стенками 5 верхних элементов 10.

Для обеспечения точной подгонки под конкретный газоотвод выступающие по краям корпуса верхние выступы 11 верхнего элемента 10 могут быть выполнены с возможностью обрезки по периметру до необходимых размеров.

Мультивихревой фильтр для очистки газов работает следующим образом.

При необходимости выступы 11 обрезают под необходимый размер газоотвода (не показан). Корпус 1 (фиг. 1) в сборе герметично устанавливают (зажимают выступы 11 между фланцами (не показаны), опирают на эластичную подножку или т.п.) в газоотвод так, чтобы крышка 2 (фиг. 2) располагалась снизу. Возможно использование мультивихревого фильтра в виде предварительного перед фильтром тонкой очистки.

После запуска газоотвода в работу откачиваемый или подымаемый за счет естественной конвекции газ упирается в крышку 3 корпуса 1 и перераспределяется по пространствам в том числе и через отверстия 9 (фиг. 1) между камерами 3 (фиг. 4). Так как площадь, пропускающая газ, резко уменьшается, то его скорость потока резко увеличивается примерно в 4 раза (неточности связаны с погрешностями при изготовлении). Поток, дойдя до прорезей 7 и 8 (фиг. 3 и 4), которые перекрыты в проекции в пространстве между стенками 5 или 6 камер 3, переходя и пространства между камерами 3 (фиг. 3) в камеры 3, так как сверху перекрыты перемычками 13 (фиг. 5) и выступами 11 (фиг. 1), образует высокоскоростные вихри (фиг. 4) в пространстве между камерами 3, которые последовательно закручены по часовой (+) или против часовой (-) стрелки (мультивихри). При этом жидкие (капли нефти, угольной кислоты, краски или т.п.) и/или твердые (сажа, пыль, мелкий песок или т.п.) мелкодисперсные частицы, находящиеся в газе, отжимаются за счет сил инерции к периферии соответствующего вихря, где и происходит их интенсивное взаимодействие со стенками 5 и 6 и между собой и, как следствие, слипание с увеличением размеров и массы. После попадания в камеру 3 скорость потока газа резко снижается и становится меньше скорости осаждения за счет гравитации увеличенных в размерах мелкодисперсных частиц, которые осаждаются на крышку 3 (фиг. 1 и 2) камер 3 (фиг. 1). Очищенный от таких частиц газ через отверстия 4 камер 3 корпуса 1 подается по газоотводу на фильтр тонкой очистки, газопровод или при достаточной очистке выбрасывается в атмосферу.

Как показала практика даже при рабочих скоростях в газоотводе от 0,5 до 10 м/с в вихрях создаются центробежные силы, значений которых достаточно для сепарации мелкодисперсных частиц размером до 10 мкм из газового потока, в отличии, например, от инерционных аппаратов грубой очистки - циклонов. При скоростях 10 м/с и выше качество очистки (количество отделяемых мелкодисперсных частиц) увеличивается. При этом период (определится увеличением количества мелкодисперсных частиц выше допустимого для данного фильтра на выходе) между интервалами очистки мультивихревого фильтра увеличился как минимум в 3 раза по сравнению с наиболее близким аналогом из-за возможности скапливания осаждающихся мелклоисперсных частиц в камерах 3.

Предлагаемый мультивихревый фильтр для очистки газов позволяет использовать в воздуховодах различного прямоугольного сечения за счет сборной модульной конструкции, а также увеличенного периода между очистками за счет емкости для сбора отсепарированных частиц, образованной камерами с соответствующими крышками снизу.

Claims (2)

1. Мультивихревой фильтр для очистки газов, включающий устанавливаемый в газоотвод корпус, состоящий из закрытых с одной стороны крышкой камер, оснащенных с другой стороны расположенными перпендикулярно потоку газа квадратными отверстиями со стороной L, которые расположены рядами и равноудалены друг от друга на расстояние, равное L/4, по периметру каждого отверстия жестко закреплены сепарационные элементы, образующие стенки камер и представляющие собой профиль с перфорацией в виде прямоугольных вертикальных прорезей, причем на двух противоположных стенках профиля на расстоянии L/8 от каждого угла расположены по две прямоугольные прорези шириной L/4, а на двух других - по одной прорези шириной L/4 посередине стенки и по две прорези шириной L/8 в каждом углу, при этом суммарная площадь прорезей в стенках каждой камеры равна площади квадратного отверстия, сепарационные элементы размещены так, что каждый элемент повернут относительно соседнего на 90 градусов, причем пространства между стенками камер сообщены с пространством воздуховода, противоположным квадратным отверстиям, в том числе и равномерно расположенными отверстиями, отличающийся тем, что квадратные отверстия выполнены сверху корпуса для отвода очищенного газа, а корпус выполнен сборным, состоящим из верхних П-образных элементов с верхними выступами и нижних перевернутых П-образных тонкостенных элементов, в стенках нижних элементов, расположенных на расстоянии L друг от друга, последовательно и симметрично выполнены одинаковые по высоте прямоугольные вертикальных прорези, причем сначала прорезь шириной L/8, потом на расстоянии L/4 прорезь шириной L/4, далее на расстоянии L/4 прорезь шириной L/8, и ряд отверстий по периметру П-образного элемента диаметром, близким к L/4, для сообщения с пространством между камерами и обеспечения перемычек h между отверстиями, исключающими их разрушение в процессе эксплуатации, затем на расстоянии 3/8 L от вертикальной прорези шириной L/8 плюс толщина стенок верхнего элемента на расстоянии друг от друга L/4 две прорези шириной L/4, а после них аналогично для сообщения с пространством между камерами ряд отверстий, аналогичный первому ряду, при необходимости увеличения длины нижнего элемента прорези и отверстия повторяют, в верхних элементах верхние выступы толщиной L/4 плюс толщина стенок нижнего элемента и длиной не менее L/2 установлены в одной плоскости с верхней перемычкой, снаружи и между боковыми стенками, причем на двух парных противоположных стенках верхнего элемента на расстоянии L/8 от каждого угла расположены по две прямоугольные прорези шириной L/4, а на двух других - по одной прорези шириной L/4 посередине стенки и по краям по две прорези шириной L/8, количество парных стенок выбирают четным, причем для получения четного количества камер нечетное количество верхних элементов жестко соединяют между собой при помощи верхних выступов, обеспечивая расстояние между стенками верхнего элемента, равное L, а нижние элементы жестко присоединяют перпендикулярно и снизу верхних элементов, последовательно разверчивая по горизонтали на 180° так, чтобы ряды отверстий были расположены между стенками верхних элементов.

2. Мультивихревой фильтр для очистки газов по п. 1, отличающийся тем, что выступающие по краям корпуса верхние выступы выполнены с возможностью обрезки по периметру до необходимых размеров.