Прямоточний циклон з нерухомим завіхрювачем

Изобретение относится к газоочистному оборудованию и может быть использовано для отделения механических примесей газового потока при очистке дымового газа от сажи (мелкодисперсные примеси) или при организации возврата в топку недожега при сжигании твердого топлива) (например угля) в котле ТЭС, преимущественно, с аэрофонтанными топками в широком диапазоне температур эксплуатации и дисперсности улавливаемых примесей. Предлагаемое устройство может быть использовано, кроме энергетики, также в химической, деревообрабатывающей, металлургической, горнодобывающей отраслях промышленности по своему прямому назначению. В науке и технике широко известны устройства отделения примесей из газового потока, основанные на центробежном механизме захвата (труба Вентури, циклоны с тангенциальным вводом потока в цилиндрический скруббер, скрубберы с центральным шнеком и т.д.). Известно устройство для отделения примесей из газового потока [Патент СССР № 1271363, выданный на имя Чехословацкой фирмы "КОНДАЙР АГ" (автор - Х.Хюттлин - Германия), кл. В 01 D 45/08, опублик. 15.11.86, Бюл. № 42], содержащее корпус, входной канал для газа, ограниченный направляющим органом в виде трубы Вентури с обтекаемым успокоительным выступом на ее конце, выходной канал для газа, сборную камеру, размещенный соосно входному каналу, на расстоянии от него, вогнутый отбойник с конически сужающимся в сторону направляющего органа распределителем потока, боковая поверхность которого выполнена переходящей в поверхность отбойника, кольцеобразный проходной канал, размещенный между отбойником и наружной стенкой направляющего органа. Для повышения эффективности работы отбойник выполнен с периферийным краем, частично охватывающим успокоительный выступ, сборная камера в верхней части снабжена кольцеобразным улавливающим элементом с загнутым концом, размещенным между успокоительным выступом и периферийным краем отбойника, на расстоянии от последнего, и образующим с ним отводящий канал для примесей, сообщающийся со сборной камерой. Отбойник и/или внутренняя поверхность входного канала снабжены винтовыми ребрами. Объединение в известном устройстве центробежного механизма улавливания, реализованного сразу в двух плоскостях - радиальном (труба Вентури) и осевом (винтовые'ребра входного канала), способствует эффективности отделения примесей. Однако эксплуатация известного устройства показала, что оно обладает малой эффективностью в широком 0 фракций примесей. Кроме того, примеси, обладающие адгезионными связями между частицами, за короткое время эксплуатации значительно перекрывают площадь проходного канала трубы Вентури, что влияет на эффективность захвата, а иногда приводит и к выводу некоторых устройств из работы за счет залипания проходного канала. Для очистки газовых потоков с такими примесями в промышленности применяются циклоны с относительно большой площадью проходного сечения, и отсутствием движущи хся элементов, что повышает надежность их работы. К числу этих циклонов относятся прямоточные циклоны с неподвижным завихрителем (импеллером). Иногда, для повышения производительности по очищаемому газу, такие циклоны объединяют в многокамерные установки [Промышленные циклоны. Прямоточные циклоны с неподвижными лопатками. - В кн.: В.Страуса "Промышленная очистка газов". М., "Мир", 1981, с. 281-282, § 9]. На рис. 6-24 и 6-26 (там же, с. 281) изображен общий вид таких промышленных циклонов. Как правило, эти циклоны действуют как концентраторы пыли. В них сконцентрированная пыль вместе с некоторым количеством газа отводится в периферийную область и направляется во вторичный сборник, тогда как чистый газ проходит в осевом направлении. Вторичным сборником может служить другой циклон обычного типа или пылеосадительная камера. Типичная область применения этих циклонов, как указывает В.Страус, предварительная очистка дымовых газов с высоким содержанием летучей золы (сжигание высокозольных пылевидных углей). На фиг,6-2 (там же, с. 252) подробно изображена конструкция прямоточного циклона с неподвижным завихрителем (импеллером), выбранным в качестве прототипа заявляемого, т.к. является наиболее близким к нему по технической сути. Этот циклон состоит из смонтированного в цилиндрическом кожухе завихрителя, в качестве которого использован двухзаходный шнек, расположенной далее по ходу газа пылеосадительной камеры, образованной свободным от шнека выходным участком кожуха. Соосно завихрителю установлена вставка с сепарационным цилиндром по диаметруменьшим диаметру кожуха завихрителя. На сепарационном цилиндре установлено отражательное кольцо, наружным диаметром равным диаметру кожуха завихрителя и образующим кольцевой канал отвода побочного потока концентрированных примесей. Широкое использование в технике такого циклона определила простота конструкции и эксплуатации. Однако, этот циклон не лишен недостатков. Один из недостатков заключается в возможности обратного подсоса в поток удаляемых из газа частиц примесей. Дело в том, что в пылеосадительной камере, расположенной за неподвижными лопастями, где в основном и отмечается перепад давления, создается пониженное давление по сравнению с газом, подходящим к импеллеру. Следовательно, необходимо предусматривать дополнительный отсос в линии загрязненного газа-(концентрированных примесей). Это стабилизирует степень очистки, однако усложняет конструкцию и удорожает эксплуатацию прототипа. Кроме того, обнаружены и другие более существенные недостатки. При эксплуатации в условиях большого объема обрабатываемых газов стабильность коэффициента очистки газов падает. Это происходит вследствие высоких скоростей газового потока в осадительной камере. Поскольку в конструкции прототипа осадительная камера конструкционно расположена в кожухе завихрителя, от стенок кожуха происходит "отскок" частиц обратно в поток очищаемого газа. На практике этот эффект уменьшают путем разбрызгивания воды на входе запыленного газа в установку. Однако, ликвидация "отскока" – положительный эффект - парируется отрицательным эффектом. Дело в том, что увеличенная за счет смачивания адгезия между частицами примеси приводит к осаждению их на газоотражательном кольце и сепарационном цилиндре. Это уменьшает проходное сечение кольцевого канала для отвода побочного потока концентрированных примесей. Понижается степень очистки газа, увеличивается эрозия газоводов, лопастей вентилятора, расположенного за циклоном. Таким образом, основным недостатком прототипа является заниженная производительность по газу. Действительно, занижена стабильность коэффициента очистки газа из-за залипання проходного сечения канала отвода концентрированных примесей, а также возврата в поток частиц примесей в оса-дительной камере из-за "отскока" частиц от ее стенок. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования прямоточного циклона, в котором повышение стабильности степени очистки обеспечивается уменьшением залипання проходного сечения канала отвода концентрированных примесей, а также исключением возврата в поток частиц примесей в осадительной камере из-за "отскока" частиц от* ее стенок, За счет этого циклон работает более устойчиво в проектном режиме по степени очистки, сокращаются затраты времени на его очистку (что требовалось в прототипе), не увеличивается сопротивление магистрали и, следовательно, не уменьшается объем отсосанного циклоном грязного газа для очистки. Таким образом растет производительность очистки по газу и надежность эксплуатации циклона. Поставленная задача решается тем, что в прямоточном циклоне с неподвижным импеллером, содержащем смонтированный в кожухе завихритель входящего газа, пылеосадительную камеру и смонтированную соосно завихрителю вставку с фланцем и сепарационным цилиндром для выхода очищенного газа, согласно заявляемому изобретению осадитель.ная камера расположена между кожухом завихрителя и сепарзционным цилиндром вставки, а проходное сечение канала отвода концентрированных примесей составляет не менее 20% площади проходного сечения циклона. Кроме этого, завихритель газа выполнен в виде однолопастного, по крайней мере, шнека, а на внутренней стороне фланца вставки выполнен газоотражатель в виде участка усеченной кардиоды, сопряженной верхним основанием с поверхностью сепарационно-го цилиндра. Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Ограничительные признаки и отличительный признак- пылеосадительная камера расположена между кожухом завихрителя и сепарационным цилиндром вставки, а также выполнение завихрителя в виде однолопастного, по крайней мере, шнека, обеспечивает размещение пылеосадительной камеры циклона вне кожуха шнека. Это способствует исключению "отскока" частиц примесей газа от стенки кожуха. Выполнение проходного сечения канала отвода концентрированных примесей по площади не менее 20% площади проходного сечения циклона, а также выполнение на внутренней стороне фланца вставки газоотражателя в виде участка усеченной кардиоды, сопряженной верхним основанием с сепарационным цилиндром, обеспечивает минимальные потери на сопротивление в потоке при выводе по боковому каналу концентрированных примесей, их разворот и удаление от боковой щели. Это способствует исключению "подсоса" концентрированных примесей обратно в поток. Для доказательства возможности промышленного использования заявляемого циклона приводится чертеж, на котором изображен продольный разрез заявляемого циклона. Он состоит из смонтированного в цилиндрическом кожухе 1 завихрителя 2, выполненного в виде шнека однолопастного, в данном случае ребра шнека - поз.3, а ось шнека - поз.4. Пылеосадительная камера циклона, т.е. объем, где завихритель 2 уже не воздействует на траекторию газа и в вихре потока газа происходит сепарация грязных примесей (изображены полностью затушеванными стрелками) и чистого газа (изображен белыми стрелками) из загрязненного газа (изображен заштрихованными стрелками), расположена между вы ходным торцем кожуха 1 шнека 2 и входным торцем сепарационного цилиндра 5 вставки 6, расположенной соосно корпусу 1 посредством четырех перемычек 7. Циклон размещен в потоке очищаемого газа в отверстиях под кожух 1 и цилиндрическую вставку 6, выполненных (отверстия не обозначены) в панелях 8 и 9. Для этого на кожухе 1 и вставке 6 имеются фланцы 10 и 11, соответственно. Образованный боковой канал для вывода концентрированных примесей, между выходным торцем кожуха 1 и входным торцем сепарационного цилиндра 5 вставки 6, выполнен по площади своего проходного сечения не менее 20% площади проходного сечения циклона (т.е. кольцевого канала в кожухе 1 и осью 4 шнека). На внутренней стороне фланца 11 вставки 6 расположен газоотражатель 12, выполненный в виде участка усеченной кэрдиоды, сопряженной верхним основанием с наружной поверхностью сепарационного цилиндра 5 вставки 6. Кроме того, отражатель 12 снабжен кольцевым лотком 13, сопряженным с поверхностью кардиоды, ориентирующим поток концентрированных примесей (затушованные стрелки) от основного потока. В зависимости от характера хим.состава очищаемого потока газа подобраны и конструкционные материалы для элементов циклона. Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Заявляемый циклон размещают в канале отсоса загрязненного газа первым по потоку перед вытяжным вентилятором для уменьшения эрозии лопастей последнего (вентилятор не изображен). Проходя чербз циклон, загрязненный газ (заштрихованные стрелки) приобретает спиральную траекторию, соответствующую углу наклона ребер 3, расположенных на оси 4. Выходя из объема кожуха 1 завихрителя газ попадает в пылеосадительную камеру, где происходит окончательное разделение примесей и чистого газа. Чистый газ вы ходит из циклона через вставку 6, а концентрированные примеси (затушеванные стрелки) проходит в газоотражатель 12 вставки 6. Далее, посредством лотка 13 примеси направляются к передней панели 8, откуда попадают в сборник примесей (не показан). Предлагаемое устройство было испытано для первичной очистки дымовых газов при сжигании высокозольных западно-донбасских углей на Приднепровской ГРЭС. Результаты показательных испытаний подтвердили расчетные характеристики циклона, что и позволило рекомендовать его для широкого использования на ГРЭС Украины, переводимых в настоящее время на высокозольный национальный уголь. Первая ступень очистки дымовых газов, при помощи циклона обеспечила; - степень очистки газа от сажи до 92% по массе; - увеличение производительности очистки за счет уменьшения залипання канала выхода примесей по сравнению с прототипом; - увеличение производительности очистки за счет уменьшения возврата в поток частиц примесей, за счет ликвидации механизма "отскока" по сравнению с прототипом; - повышение удобства эксплуатации за счет увеличения объема наработки циклона до следующего ремонта (текущего профилактического); - расширение функциональных возможностей за счет увеличения номенклатуры очищаемых примесей.