Дуговой циклон

(51) 04 5/103 (2006.01) 04 3/06 (2006.01) 04 5/12 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ 2014/1156.1 04.09.2014 16.05.2016, бюл. 5 Каримов Алибек Махамбетович 556841 1, 05.05.19771472137 1, 15.04.19891560328 1, 30.04.19902010212274 1, 26.08.201024684 4, 17.10.2011(57) Дуговой циклон предназначен для очистки воздуха от промышленных газов и примесей выбрасываемых предприятиями различных производств. Загрязннный воздух при входе в циклон разделяется на две равные порции, каждая из которых за счт увеличения давления и действия центробежных сил разгоняется до скорости звука. После чего, происходит столкновение двух воздушных (газовых) потоков. В результате уменьшения объмов воздуха возникает сосредоточение загрязняющих веществ в единичном объме воздуха. Увеличение количества столкновений пылинок и частиц усиливается гравитационным фактором. Столкновение двух воздушных (газовых) потоков, каждый из которых имеет скорость звука, создат повышенное пылеосаждение за счт скоростной коагуляции частиц и приводит повышенной степени очистки газов. Изобретение относится к очистке воздуха от промышленных газов и примесей выбрасываемых предприятиями различных производств, также направлено на снижение выбросов от автотранспорта. Циклон модели ЦН-11 (Мисюля Д. И.,Кузьмин В. В., Марков В. А., Сравнительный анализ технических характеристик циклонных пылеуловителей// Труды БГТУ. Сер. , Химия и технология неорган. в-в. 2012. 3 С. 154-163),основан на принципе осаждения примесей и вредных газов, под влиянием центробежных сил возникающих при нагнетании загрязннного воздуха в замкнутое рабочее пространство пылеосадительных камер. В результате этого, в зависимости от конструкции циклона, типа веществ,размеров частиц, степени запылнности воздуха(концентрации), загрязннный воздух имеет степень очистки от 50 до 99. Эти лимитирующие факторы вызывают необходимость использования дополнительных устройств, зачастую таких как рукавные фильтры, электрофильтры, трубы и промыватели Вентури и т. д., которые расчитаны на очистку от примесей с размерами частиц менее 2 мкм. В таких циклонах осаждение пыли производится на относительно малых скоростях воздуха (порядка нескольких десятков метров в секунду), что создат пониженную степень очистки воздуха и при этом не избежны потери давления в различных узлах циклонов. Задачей данного изобретения,является расширение имеющегося арсенала средств в области обеспыливания и очистки воздуха от тврдых примесей. Заявленный дуговой циклон имеет повышенную степень осаждения за счт столкновительного самоосождения пыли ускорение нагнетаемого загрязннного воздуха достигает скорости звука, что приводит к столкновительному осаждению пыли. В дуговом циклоне загрязннный воздух разделяется на две равные порции, каждая из которых за счт увеличения давления и действия центробежных сил разгоняется до скорости звука. Скорость звука в воздухе, определяется по формуле 1, приведнной Таракановым Л. С. 1 сзв - скорость звука м/с- температура воздуха (газов) поступающего в циклон С. Так как действующие модели циклонов расчитаны на температуру отходящего воздуха(газов) 500 С, то при данной температуре, скорость звука составляет 583,6 м/с. Такое значение будем закладывать в расчты промышленных дуговых циклонов. После разгона двух потоков до скорости 583,6 м/с,происходит столкновение двух воздушных (газовых) потоков. В результате уменьшения объмов воздуха происходит сосредоточение загрязняющих веществ в единичном объме воздуха. Увеличение количества 2 столкновений пылинок и частиц усиливается гравитационным фактором. Столкновение двух воздушных (газовых) потоков, каждый из которых имеет скорость звука, также вызывает повышенное пылеосаждение за счт скоростной коагуляции частиц и приводит повышенной степени очистки газов. При этом снижаются потери давления и гидравлическое сопротивление. Основное преимущество характеризуется повышенным значением фактора осаждения,который расчитывается по формуле 22/- скорость потока воздуха м/с- радиус циклона м- ускорение свободного падения 9,81 м/с 2. Для сравнения в Табл. 1 приводятся характеристики фактора осаждения в циклоне ЦН-11 и проектируемые параметры осаждения в дуговом циклоне. Как видно из таблицы 1, ожидаемое осаждение пыли должно быть эффективнее более чем в 3,5 тысячи раз. Такое высокое значение фактора осаждения объясняется тем, что при вхождении воздуха в основной трубопровод циклона как показано на Фиг.1, воздух проходя через входной конфузор приобретает ускорение за счт уменьшения диаметра трубы (по сравнению с диаметром входного отверстия). После разделения воздушного потока на две порции, каждая из них,попадает в отдельный изогнутый воздуховод,который также является конфузором. В котором происходит ускорение движения воздуха, под воздействием давления, до скорости звука. Данное изобретение подтверждается чертежами Фиг.1 - Воздуховод дугового циклона, вид сверху,где 0, 1, 2, 5, 6, 7 - внутренние диаметры 3 и 4 - внешние диаметры Фиг.2 Пылеосадительная камера дугового циклона Основной вид (слева) и вид сбоку (справа), где 1 длина патрубка 2 - общая длина воздуховода 3 расстояние между выпускными отверстиями на концах воздуховода, равное 6 м 4 - расстояние между изгибом пылепровода и нижней точкой выпускных отверстий на концах воздуховода 5 высота пылеосадительной камеры 1 - толщина стенок пылеосадительной камеры 2 - толщина стенок труб воздухо-газоотвода. Расчт параметров дугового циклона начинается с расчта характеристик входного патрубка воздуховода (конфузора) (Фиг.1). При входе воздуха(газов) в патрубок движение осуществляется со скоростью 0, которая определяется по формуле 3 4 0 - начальная скорость потока воздуха (газов) входящих в патрубок, (определяемая конструкцией вентилятора) м/с производительность вентилятора нагнетающего воздух м 3/ч 1 - диаметр входного отверстия патрубка, равен диаметру рабочего колеса вентилятора м (Фиг.1). Длина патрубка 1 составляет 0,875 входного отверстия 1, что дает общий угол сужения патрубка 30. При таком угле сужения, поток воздуха (газов) входящий в патрубок, по закону синуса ускоряется в два раза и имеет скорость 1,которая также в два раза больше начальной скорости 0. Выходное отверстие патрубка 2 в два раза меньше, входного отверстия. Диаметр воздуховода в месте раздвоения воздушного потока равен диаметру выходного отверстия патрубка 2(Фиг.1). Далее производится расчт диаметров изгиба воздуховода 3 и 4 по круговой продольной оси циклона 0 (Фиг.1) (средняя линия между 3 и 4). Порядок расчта начинается с определения круговой продольной оси воздуховода циклона. Расчт диаметра круговой продольной оси,проходящей через ветви воздуховода циклона вычисляется по формуле 4 02(12/1) 0 - диаметр круговой продольной оси циклона 1 - скорость потока воздуха (газов) в выходном отверстии патрубка м/с а 1 - ускорение движения воздуха (газов) в воздуховоде дугового циклона, с учтом ускорения потока воздуха (газов) в патрубке м/с 2. Коэффициент 2 в формуле 4 возникает за счт того, что в первоисточнике 5, данная формула определяет радиус кривизны,кругового ускоренного движения (как известно, диаметр в два раза больше радиуса). Ускорение движения воздуха (газов) в воздуховоде дугового циклона определяется простой разностью скоростей а 1 - ускорение движения воздуха (газов) в воздуховоде дугового циклона м/с 2 сзв - скорость звука, (при 500 С., равная 583,6 м/с, из формулы 1) м/с- скорость потока воздуха (газов) в выходном отверстии патрубка (равная двум начальным скоростям 0 потока воздуха (газов) входящих в патрубок) м/с. В виду относительно малых расстояний в воздуховоде дугового циклона (вдоль пути воздуховода) между выходным отверстием патрубка и выходным отверстием воздуховода в пылеосадительной камере, учитывая нарастание давления вызванного сужением трубы воздуховода,для возможности использования формулы 5, будем считать что, ускорение движения воздуха (газов) в воздуховоде происходит в течении одной секунды. Как было оговорено выше, предельная рабочая температура циклонов составляет 500 С, а скорость(диаметр выпускных отверстий на концах воздуховода) м (Фиг.1) производительность вентилятора нагнетающего воздух м 3/ч. сзв - скорость звука,(при 500 С., равная 583,6 м/с, из формулы 1) м/с Коэффициент 2, в знаменателе подкоренного выражения, возникает в результате разделения потока пополам. Таким образом, внутренний диаметр 3 воздуховода дугового циклона определяется по формуле 7 (Фиг.1) звука по формуле 1, при такой температуре равна 583,6 м/с. С учтом данной скорости, диаметр трубы воздуховода 5, в месте присоединения е к пылеосадительной камере будет определяться формулой 6 Аналогично определяется внешний диаметр 4 воздуховода дугового циклона по формуле 8 40(0,52)(0,55) 3 - внутренний диаметр воздуховода дугового циклона м 4 - внешний диаметр воздуховода дугового циклона м 0 - диаметр круговой продольной оси воздуховода дугового циклона м 2 - диаметр воздуховода в месте раздвоения воздушного потока, равный диаметру выходного отверстия патрубка м 5 - диаметр трубы воздуховода, в месте присоединения их к пылеосадительной камере м(Фиг.1). Общая длина 2 воздуховода дугового циклона,равна сумме длины входного патрубка воздуховода 1 и внешнего диаметра 4 воздуховода дугового циклона 214 2 - общая длина воздуховода дугового циклона м 1 - длина входного патрубка воздуховода м 4 - внешний диаметр воздуховода дугового циклона м. Размеры пылеосадительной камеры определяются начальной скоростью 0 потока воздуха (газов) входящих в патрубок, по формуле 10(в основе которой лежит формула 4) и зависят от расстояния 3 между выпускными отверстиями на концах воздуховода 3 - расстояние между выпускными отверстиями на концах воздуховода, равный 6 м (Фиг.1). 6 - диаметр пылеосадительной камеры м(Фиг.2). 0 - начальная скорость потока воздуха (газов) входящих в патрубок, найденая по уравнению 3 м/с а 0 - полное ускорение движения воздуха (газов) в воздуховоде дугового циклона м/с 2. Полное ускорение а 0, аналогично уравнению 5,находится как разница скоростей между скоростью звука сзв и начальной скоростью потока воздуха 0 - полное ускорение движения воздуха (газов) в воздуховоде дугового циклона м/с 2 сзв - скорость звука, равная 583,6 м/с, из формулы 1, м/с 0 - начальная скорость потока воздуха (газов) входящих в патрубок, найденая по уравнению 3, м/с. Высота пылеосадительной камеры 5, равна троекратному расстоянию 3, между выпускными отверстиями на концах воздуховода. Толщина стенок пылеосадительной камеры 1 определяется ГОСТом. Как показано на Фиг.2, верхняя точка выпускных отверстий на концах воздуховода (труб воздуховода, в месте присоединения е к пылеосадительной камере), отстоит от верхнего края пылеосадительной камеры на одно расстояние 3. Расстояние 4 между изгибом пылепровода и нижней точкой выпускных отверстий на концах воздуховода (дуговых ветвей труб воздуховода, в месте присоединения е к пылеосадительной камере), определяется разностью 3 и 5 3645 3 - расстояние между выпускными отверстиями на концах воздуховода м 6 - диаметр пылеосадительной камеры м 4 - расстояние между изгибом пылепровода и нижней точкой выпускных отверстий на концах воздуховода м 5 - диаметр трубы воздуховода, в месте присоединения е к пылеосадительной камере(диаметр выпускных отверстий на концах воздуховода) м. (Фиг.2). Дуговой циклон состоит из входного патрубка в виде конфузора 1, воздуховода 2, от него отходят постепенно сужающиеся изогнутые в дуги концы воздуховода, которые образуют ветви 3 и выходных отверстий 4. Диаметр основной трубы постепенно уменьшается по всему протяжению дуговых ветвей воздуховода. Ветви воздуховода располагаются в горизонтальной плоскости относительно друг друга. Они представляют собой изогнутые в дуги сужающиеся трубы в которых зыпыленный воздух приобретает ускорение за счт постепенно 4 уменьшающегося диаметра Дуговые ветви воздуховода циклона образуют круговой замкнутый в пылеосадительной камере воздуховод, в котором происходит столкновение двух запылнных потоков воздуха. Загрязннный пылью воздух через входной патрубок воздуховода попадает в обе ветви воздуховода где происходит ускорение обоих воздушных потоков. Вместе с ускорением происходит концентрирование пыли в очищаемом воздухе. Частицы пыли содержащиеся в воздухе,получают ускорение до скорости звука. Пыль скапливается в уменьшающемся объме воздуха проходящем в сужающиеся выпускные отверстия обоих ветвей дугового циклона. Под действием давления воздуха обе запылнные струи воздуха направленные друг на друга создают давление при котором частицы пыли сталкиваются между собой и осаждаются под действием силы тяжести в пылеосадительной камере показанная на Фиг.2. Пылеосадительная камера представляет собой вертикальную металлическую колонну 5, нижняя часть 6, которой приваривается к основной колонне под углом 135. Пыль оседает и удаляется через нижнее отверстие. Через верхнее отверстие 7 поступает очищенный воздух. Струя очищенного воздуха может быть использована для производства дополнительной энергии или механической работы. Ветви воздуховода циклона располагаются в продольной плоскости и привариваются к пылеосадительной камере под прямым углом. Пылеосадительная камера может крепиться к ветвям воздуховода дугового циклона, таким образом, что изгиб в нижней части камеры может быть направлен как во внутреннюю сторону воздуховода (компактный вариант), так и во внешнюю сторону. В верхней части пылеосадительной камеры, за счт сращивания толщин стенок пылеосадительной камеры с воздухо-газоотводным трубопроводом производится сварной сгон до стандартного диаметра воздухо-газоотводного трубопровода 7. Стандартный диаметр 7, воздухо-газоотводного трубопровода выбирается из значений установленных ГОСТом 9617-76 Сосуды и аппараты, Ряды диаметров. Значение 7 выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие 7 меньше 6. При сращивании стенок пылеосадительной камеры с воздухо-газоотводным трубопроводом, необходимо учитывать толщины стенок пылеосадительной камеры 1 и труб 2 воздухо-газоотвода. При выборе толщины стенок следует руководствоваться ГОСТом 3262-75 Трубы стальные водогазопроводные. Технические условия. Материалом из которого делается циклон, может служить аустенитная сталь, рабочая температура которой, не должна превышать 525 С. Пыль оседающая в результате столкновительного осаждения, выпадает вниз попадает либо в пылесборник, либо на ленту транспорра. Воздух очищенный от пыли, выходит через верхнюю часть пылеосадительной камеры, верхнее отверстие которой, выводит воздух (газ) в трубопровод. Данный трубопровод обепечивает выброс очищенного воздуха в атмосферу. Поток такого воздуха, по мере возможности, можно использовать в качестве усилителей пневмомолота и иных пневматических установок,гидравлических прессов дополнительного поддува печей,нагнетателей турбин, роторов и иных устройств использующих вращение и крутящий момент механизмов устройств, а также в насосах и системах транспортировки. В системах автотраспорта, такой поток может использоваться при охлаждении и усилении вращения двигателя. Общая схема монтажа циклона показана на Фиг.3. Сваркой привариваются патрубок к основной трубе воздуховода и трубы воздуховода с пылеосадительной камерой, под прямым углом. Таблица 1 Сравнительные параметры фактора осаждения в циклонах Параметр Скорость потока воздухам/с. Радиус циклонам. Фактор осаждения Кр ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Дуговой циклон, состоящий из входного патрубка, воздуховода и пылеосадительной камеры,отличающийся тем, что воздуховод выполнен в виде сужающихся дуговых ветвей, соединяющихся с пылеосадительной камерой цилиндрической формы, расположенной перпендикулярно плоскости ветвей и при этом имеет изгиб в нижней части в 135.