RU2226128C1

RU2226128C1 - Cyclone-separator

Info

Publication number: RU2226128C1
Application number: RU2003105321/15A
Authority: RU
Inventors: Е.В. Асмолова; А.П. Зотов; Ю.В. Красовицкий; А.В. Логинов; М.И. Слюсарев; Л.И. Щеглова; Е.А. Шипилова
Original assignee: Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-03-27

Abstract

FIELD: chemical; food; building; pharmaceutical; metallurgical and other industries. SUBSTANCE: the invention is intended for dry cleaning of gases from a dust and may be used in chemical, food, building, pharmaceutical, metallurgical and other industries, as well as in ecological processes of clearing of flue gases and ventilation emission. In the cyclone separator, that contains a cylindrical body with a cone-shaped bottom, a tangentially located connecting pipe for introduction of a dusty gas stream in the apparatus and a connecting pipe for the dust removal, an exhaust pipe. The cylindrical body with the cone-shaped bottom beginning from the inlet branch-pipe is placed coaxially in a cylindrical body with cone-shaped bottom of the bigger diameter forming a clearance between them, and on the cylindrical body of the smaller diameter there are longitudinal slots. The new thing of the invention is, that: 1) the longitudinal slots of a constant or variable breadth are ended at the lower base of the internal cone-shaped bottom and are inclined lines in relation to a vertical with a critical angle α defined from the following relationship: α, = tgα = π. D/H, where D - a diameter of the internal cylindrical body, = - the height of the internal cylindrical body; 2) or the surface of the internal cylindrical body with the cone-shaped bottom has a perforation by apertures made in the form of a trapezium, the first smaller basis of which is equal to the smallest diameter of separated particles, the second basis of the trapezoid on the dusty air run course is equal to the greatest diameter of the separated particles, and the height of the trapezoidal apertures is perpendicular or inclined in respect to the vertical on the side surface of the perforated cylindrical body with a critical angle tgα = π. and, defined from the relationship: α, = tgα = π D/H, where D - a diameter of the internal cylindrical body, = - the height of the internal cylindrical body. Technical result is increase of the cyclone separator overall performance effectiveness, expressed in increase of its productivity and dusty gas separation efficiency. EFFECT: increased the cyclone separator productivity and dusty gas separation efficiency. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к технике, предназначенной для сухой очистки газов от пыли, и может быть использовано в химической, пищевой, строительной, фармацевтической, металлургической и других отраслях 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.

Известен циклон, включающий цилиндрический корпус с коническим днищем, тангенциально расположенным штуцером для ввода в аппарат запыленного газового потока и штуцером для удаления пыли, выхлопную трубу [Смирнов Н.Н., Курочкина М.И., Волжинский А.И. и др. Процессы и аппараты химической технологии (Основы инженерной химии): Учебник для вузов. - СПб: Химия, 1996, 408 с., ил., с. 132]. При тангенциальном вводе пылегазовой системы в циклон со значительной скоростью (20-25 м/с) прямолинейное движение газового потока преобразуется во вращательное. Поток запыленного газа движется в циклоне вниз по спирали. Частицы пыли, как более тяжелые, прижимаются к внутренней поверхности циклона центробежной силой и сползают вниз по коническому днищу к штуцеру для удаления пыли. Очищенный от пыли газ удаляется из циклона через выхлопную трубу.A known cyclone, including a cylindrical body with a conical bottom, a tangentially located fitting for entering a dusty gas stream into the apparatus and a fitting for removing dust, an exhaust pipe [Smirnov NN, Kurochkina MI, Volzhinsky AI et al. Processes and Apparatuses of Chemical Technology (Fundamentals of Engineering Chemistry): Textbook for high schools. - St. Petersburg: Chemistry, 1996, 408 p., Ill., P. 132]. When the dust and gas system is tangentially introduced into the cyclone at a considerable speed (20-25 m / s), the rectilinear motion of the gas stream is converted into rotational. The flow of dusty gas moves in a cyclone down a spiral. Dust particles, as heavier ones, are pressed against the inner surface of the cyclone by centrifugal force and slide down the conical bottom to the nozzle to remove dust. The dust-free gas is removed from the cyclone through the exhaust pipe.

Эффективность работы циклона зависит от скорости газа во входном штуцере, а также от диаметра цилиндрического корпуса аппарата и его высоты, определяющих время нахождения запыленного газа в циклоне.The efficiency of the cyclone depends on the gas velocity in the inlet fitting, as well as on the diameter of the cylindrical body of the apparatus and its height, which determine the time spent by the dusty gas in the cyclone.

Недостатком указанной конструкции циклона является то, что при соприкосновении твердой частицы со стенкой возможен ее отскок от стенки и возвращение в газовый поток, удаляемый в выхлопную трубу. Для увеличения производительности циклона можно увеличить скорость движения запыленного газа, однако при этом возрастает вероятность срыва твердых частиц с поверхности и увлечения их в газовый поток, что приводит к снижению степени и эффективности пылеулавливания. Увеличение скорости пылегазового потока приводит также к увеличению эрозионного износа стенок корпуса циклона и росту его гидравлического сопротивления.The disadvantage of this cyclone design is that when a solid particle comes into contact with a wall, it can bounce off the wall and return to the gas stream removed to the exhaust pipe. To increase the cyclone productivity, it is possible to increase the speed of the dusty gas, however, this increases the likelihood of solid particles breaking off the surface and entraining them in the gas stream, which reduces the degree and efficiency of dust collection. An increase in the dust and gas flow rate also leads to an increase in erosive wear of the walls of the cyclone body and an increase in its hydraulic resistance.

Известен центробежный сепаратор (SU 1393486, кл. В 04 С 5/08, 5/14, 1988), в котором внутренняя камера имеет щелевые окна, расположенные в ее первой четверти. Запыленный поток поступает во внутреннюю камеру сепаратора, где под действием центробежных сил происходит центрирование частиц в пристенном слое вихря и вывод их через щелевые окна в корпус сепаратора.A centrifugal separator is known (SU 1393486, class B 04 C 5/08, 5/14, 1988), in which the inner chamber has slotted windows located in its first quarter. The dusty stream enters the separator’s inner chamber, where, under the action of centrifugal forces, particles are centered in the near-wall layer of the vortex and discharged through slotted windows into the separator body.

Однако наличие щелевых окон только напротив входного патрубка не обеспечивает выделения всех твердых частиц и не исключает возможности вторичного уноса частиц в выхлопную трубу.However, the presence of slit windows just opposite the inlet pipe does not provide the selection of all solid particles and does not exclude the possibility of secondary entrainment of particles into the exhaust pipe.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является циклон (SU 425657, кл. В 04 С 5/14, 1974), включающий цилиндрический корпус с коническим днищем, тангенциально расположенным штуцером для ввода в аппарат запыленного газового потока и штуцером для удаления пыли, выхлопную трубу, при этом цилиндрический корпус от входного патрубка с коническим днищем помещены соосно в цилиндрический корпус с коническим днищем большего диаметра, образуя между ними зазор, а на цилиндрическом корпусе меньшего диаметра расположены продольные щели постоянной ширины.The closest in technical essence and the achieved effect is a cyclone (SU 425657, class B 04 С 5/14, 1974), which includes a cylindrical body with a conical bottom, a tangentially located fitting for introducing a dusty gas stream into the apparatus and a fitting for removing dust, the exhaust pipe, while the cylindrical body from the inlet with a conical bottom is placed coaxially in a cylindrical body with a conical bottom of a larger diameter, forming a gap between them, and longitudinal slots are located on the cylindrical body of a smaller diameter and constant width.

Недостатком является то, что наличие продольных щелей постоянной ширины на цилиндрическом корпусе не исключает возможности попадания твердых частиц в коническую часть, не содержащую таких щелей, их отскок и возврат в газовый поток, удаляемый из циклона в выхлопную трубу, что приводит к снижению эффективности очистки.The disadvantage is that the presence of longitudinal slots of constant width on the cylindrical body does not exclude the possibility of solid particles getting into the conical part that does not contain such slots, rebounding them and returning them to the gas stream removed from the cyclone into the exhaust pipe, which reduces the cleaning efficiency.

Технической задачей изобретения является повышение степени и эффективности пылеулавливания за счет снижения уноса пыли в выхлопную трубу.An object of the invention is to increase the degree and efficiency of dust collection by reducing dust entrainment into the exhaust pipe.

Техническая задача достигается тем, что в предлагаемом циклоне-сепараторе, содержащем цилиндрический корпус с коническим днищем, тангенциально расположенным штуцером для ввода в аппарат запыленного газового потока и штуцером для удаления пыли, выхлопную трубу, при этом цилиндрический корпус от входного патрубка с коническим днищем помещен соосно в цилиндрический корпус с коническим днищем большего диаметра, образуя между ними зазор, а на цилиндрическом корпусе меньшего диаметра расположены продольные щели постоянной ширины, новым является то, что продольные щели постоянной или переменной ширины заканчиваются у нижнего основания внутреннего конического днища и являются наклонными по отношению к вертикали с предельным углом α, определяемым из соотношения

где D - диаметр внутреннего цилиндрического корпуса, Н - высота внутреннего цилиндрического корпуса, или поверхность внутреннего цилиндрического корпуса с коническим днищем имеет перфорацию отверстиями трапецеидальной формы, первое меньшее основание которых равно наименьшему диаметру выделяемых частиц, второе большее по ходу движения запыленного воздуха основание трапеции - наибольшему диаметру выделяемых частиц, а высота трапецеидальных отверстий является перпендикулярной или наклонной по отношению к вертикали на боковой поверхности перфорированного цилиндрического корпуса с предельным углом α, определяемым из соотношения

где D - диаметр внутреннего цилиндрического корпуса, Н - высота внутреннего цилиндрического корпусаThe technical problem is achieved by the fact that in the proposed cyclone-separator containing a cylindrical body with a conical bottom, a tangentially located fitting for introducing dusty gas flow into the apparatus and a fitting for removing dust, an exhaust pipe, while the cylindrical body from the inlet pipe with a conical bottom is placed coaxially into a cylindrical body with a conical bottom of a larger diameter, forming a gap between them, and on the cylindrical body of a smaller diameter there are longitudinal slots of constant width, a new phenomenon The fact is that longitudinal slots of constant or variable width end at the lower base of the inner conical bottom and are inclined with respect to the vertical with a limiting angle α determined from the relation

where D is the diameter of the inner cylindrical body, H is the height of the inner cylindrical body, or the surface of the inner cylindrical body with a conical bottom has perforation with trapezoidal holes, the first smaller base of which is equal to the smallest diameter of the emitted particles, the second largest trapezium base along the direction of dusty air is the largest the diameter of the emitted particles, and the height of the trapezoidal holes is perpendicular or inclined with respect to the vertical on the side surface perforated cylindrical body with a limiting angle α determined from the relation

where D is the diameter of the inner cylindrical body, N is the height of the inner cylindrical body

Техническим результатом является повышение эффективности работы циклона-сепаратора, характеризующееся увеличением его производительности и степени очистки запыленного газа.The technical result is to increase the efficiency of the cyclone separator, characterized by an increase in its performance and the degree of purification of dusty gas.

На фиг.1 представлен циклон-сепаратор, продольный разрез; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - развертка поверхности цилиндрического корпуса диаметром D на фиг.3 с наклонной продольной щелью и перфорацией трапецеидальными отверстиями; на фиг.5 - перфорация поверхности внутреннего корпуса отверстиями трапецеидальной формы; на фиг.6 - расположение трапецеидального отверстия на фиг.5, когда высота трапеции является наклонной по отношению к вертикали на внутреннем цилиндрическом корпусе.Figure 1 presents a cyclone separator, a longitudinal section; figure 2 is a section along aa in figure 1; figure 3 is a section along BB in figure 1; figure 4 is a scan of the surface of a cylindrical body with a diameter D in figure 3 with an inclined longitudinal slit and perforation with trapezoidal holes; figure 5 - perforation of the surface of the inner casing with trapezoidal holes; in Fig.6 - the location of the trapezoidal hole in Fig.5, when the height of the trapezoid is inclined with respect to the vertical on the inner cylindrical body.

Циклон-сепаратор включает вертикальный цилиндрический корпус 1 с коническим днищем 2, тангенциально расположенный штуцер 3 для ввода в аппарат запыленного газового потока, выхлопную трубу 4 для вывода из аппарата очищенного газа, вертикальный цилиндрический корпус 5 большего диаметра с коническим днищем 6 и штуцером 7 для удаления из аппарата пыли. Цилиндрический корпус 1 с коническим днищем 2 стандартных размеров [Чернобыльский И.И., Бондарь А.Г., Гаевский Б.А. и др. Машины и аппараты химических производств. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1974, 456 с., ил., с. 16] от входного патрубка помещен соосно в цилиндрический корпус 5 большего диаметра с коническим днищем 6, образуя между ними зазор не менее максимального размера выделяемых твердых частиц. Пространство между корпусами 1 и 5 в верхней части аппарата отделено от окружающей среды герметичной крышкой 8, а пространство между коническими днищами 2 и 6 в нижней части аппарата соединено со штуцером 7 для удаления пыли из аппарата. Внутренний диаметр цилиндрического корпуса 1 равен D, а его высота от крышки 8 до конического днища 2 - Н. На внутреннем цилиндрическом корпусе 1 высотой Н расположены одна или несколько вертикальных или наклонных по отношению к вертикали с углом α, определяемым из соотношения

где D - диаметр внутреннего цилиндрического корпуса, Н - высота внутреннего цилиндрического корпуса, продольных щелей 9 постоянной или переменной ширины, причем упомянутые щели могут быть распределены равномерно по периметру внутреннего корпуса 1 циклона-сепаратора или расположены друг от друга на некотором расстоянии, увеличивающемся в направлении запыленного газа, и заканчиваются у нижнего основания внутреннего конического днища 2. Цилиндрический корпус 1 высотой Н с коническим днищем 2 может быть перфорирован отверстиями трапецеидальной формы 10.The cyclone separator includes a vertical cylindrical body 1 with a conical bottom 2, a tangentially located nozzle 3 for introducing a dusty gas stream into the apparatus, an exhaust pipe 4 for withdrawing purified gas from the apparatus, a larger vertical cylindrical body 5 with a conical bottom 6 and a nozzle 7 for removal from the dust apparatus. A cylindrical housing 1 with a conical bottom 2 standard sizes [Chernobyl II, Bondar A. G., Gaevsky B. A. and other Machines and apparatus for chemical production. - 3rd ed., Revised. and add. - M.: Mechanical Engineering, 1974, 456 p., Ill., P. 16] from the inlet pipe is placed coaxially in a cylindrical body 5 of a larger diameter with a conical bottom 6, forming between them a gap of at least the maximum size of the emitted solid particles. The space between the

housings

1 and 5 in the upper part of the apparatus is separated from the environment by a sealed cover 8, and the space between the

conical bottoms

2 and 6 in the lower part of the apparatus is connected to the nozzle 7 to remove dust from the apparatus. The inner diameter of the cylindrical body 1 is equal to D, and its height from the cover 8 to the conical bottom 2 is N. On the inner cylindrical body 1 of height H there are one or more vertical or inclined with respect to the vertical with an angle α determined from the relation

where D is the diameter of the inner cylindrical body, H is the height of the inner cylindrical body, longitudinal slots 9 of constant or variable width, and these slots can be distributed evenly around the perimeter of the inner shell 1 of the cyclone-separator or located at a certain distance increasing in the direction dusty gas, and end at the lower base of the inner conical bottom 2. A cylindrical body 1 of height H with a conical bottom 2 can be perforated with trapezoidal holes hydrochloric mold 10.

Отверстия трапецеидальной формы могут располагаться так, что их высота может быть перпендикулярной или наклонной по отношению к вертикали на боковой поверхности перфорированного цилиндрического корпуса 1 с предельным углом α, определяемым из соотношения

где D - диаметр внутреннего цилиндрического корпуса, Н - высота внутреннего цилиндрического корпуса.The trapezoidal holes can be positioned so that their height can be perpendicular or inclined with respect to the vertical on the side surface of the perforated cylindrical body 1 with a limiting angle α determined from the relation

where D is the diameter of the inner cylindrical body, N is the height of the inner cylindrical body.

Циклон-сепаратор работает следующим образом.The cyclone separator operates as follows.

Пылегазовый поток по штуцеру 3, установленному тангенциально к вертикальному цилиндрическому корпусу 1 циклона-сепаратора, поступает в него, при этом прямолинейное движение пылегазового потока преобразуется во вращательное. При вращении пылегазового потока на твердые частицы действуют центробежная сила и радиальная составляющая скорости частиц пыли [Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. - 3-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1982, 288 с., ил., с. 161], обеспечивающие одновременное движение твердых частиц к стенкам цилиндрического корпуса 1 и конического днища 2. Считается, что частицы пыли, достигнув внутренней поверхности цилиндрического корпуса или конического днища, сползают по ней к штуцеру для удаления пыли. При этом происходит значительная эрозия стенок циклона-сепаратора, а твердые частицы имеют тенденцию отскакивать от стенки и вновь возвращаться в газовый поток, выноситься им из аппарата через выхлопную трубу. Эти негативные явления проявляются в большей степени с увеличением концентрации твердых частиц в пылегазовом потоке и скорости его вращения.The dust and gas stream through the nozzle 3, which is installed tangentially to the vertical cylindrical body 1 of the cyclone-separator, enters into it, while the rectilinear motion of the dust and gas stream is converted into rotational. When the dust and gas flow rotates, the particles are affected by the centrifugal force and the radial component of the velocity of the dust particles [Romankov PG, Kurochkina MI Hydromechanical processes of chemical technology. - 3rd ed., Revised. - L .: Chemistry, 1982, 288 p., Ill., P. 161], providing simultaneous movement of solid particles to the walls of the cylindrical body 1 and the conical bottom 2. It is believed that dust particles, having reached the inner surface of the cylindrical body or conical bottom, slide along it to the nozzle to remove dust. In this case, significant erosion of the walls of the cyclone-separator occurs, and solid particles tend to bounce off the wall and again return to the gas stream, carried out of the apparatus through the exhaust pipe. These negative phenomena are manifested to a greater extent with an increase in the concentration of solid particles in the dust and gas stream and its rotation speed.

Для предотвращения отскока твердых частиц от стенки и повторного возвращения их в газовый поток на цилиндрическом корпусе 1 с коническим днищем 2 расположены продольные щели 9, в которые неизбежно попадают твердые частицы, проходят через них и попадают в зазор между цилиндрическими корпусами 1 и 5 и коническими днищами 2 и 6, который выполняет для них роль ловушки. Наклонное по отношению к вертикали расположение щелей приближает их к траектории движения частиц по поверхности, что повышает эффективность их улавливания. Движение твердых частиц в зазоре продолжается под действием сил инерции и тяжести, действующих на них. Таким образом обеспечивается проницаемость стенки внутреннего корпуса с коническим днищем в направлении действия центробежной силы и радиальной составляющей скорости частиц пыли, что позволяет быстро выводить их из зоны закручивания газового потока, предотвратить их возврат в газовый поток и вынос из аппарата.To prevent solid particles from bouncing off the wall and returning them to the gas stream on a cylindrical body 1 with a conical bottom 2, longitudinal slots 9 are located, in which solid particles inevitably fall, pass through them and fall into the gap between the cylindrical bodies 1 and 5 and the conical bottoms 2 and 6, which serves as a trap for them. The slanted arrangement of the slots with respect to the vertical brings them closer to the trajectory of the particles on the surface, which increases the efficiency of their capture. The movement of solid particles in the gap continues under the action of inertia and gravity forces acting on them. This ensures the permeability of the wall of the inner case with a conical bottom in the direction of the centrifugal force and the radial component of the velocity of the dust particles, which allows you to quickly remove them from the swirling zone of the gas stream, to prevent their return to the gas stream and removal from the apparatus.

Подобные явления происходят при перфорации цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 циклона-сепаратора отверстиями трапецеидальной формы. Перфорация такова, что движение газового потока и его закручивание происходит внутри зоны, ограниченной цилиндрическим корпусом 1 и коническим днищем 2.Similar phenomena occur during perforation of a cylindrical body 1 with a conical bottom 2 of the cyclone separator with trapezoidal holes. The perforation is such that the movement of the gas stream and its twisting occurs inside the zone bounded by a cylindrical body 1 and a conical bottom 2.

Использование предлагаемого циклона-сепаратора позволяет обеспечить высокую эффективность выделения из пылегазового потока твердых частиц различных фракций; обеспечить высокую степень очистки пылегазового потока от твердых частиц; увеличить исходную концентрацию пыли; повысить производительность аппарата за счет увеличения окружной скорости пылегазового потока; обеспечить простоту в изготовлении и надежность в работе; обеспечить компактность аппарата при отсутствии в нем вращающихся частей и элементов, требующих регенерации; обеспечить непрерывную работу циклона-сепаратора.The use of the proposed cyclone-separator allows for high efficiency of separation of solid particles of various fractions from the dust and gas stream; provide a high degree of purification of the dust and gas stream from solid particles; increase the initial concentration of dust; to increase the productivity of the apparatus by increasing the peripheral speed of the dust and gas stream; to provide simplicity in manufacturing and reliability in work; to ensure the compactness of the apparatus in the absence of rotating parts and elements requiring regeneration; ensure continuous operation of the cyclone separator.

Claims

1. The cyclone separator, comprising a cylindrical body with a conical bottom, a tangentially located fitting for introducing dusty gas flow into the apparatus and a fitting for removing dust, an exhaust pipe, while the cylindrical body from the inlet pipe with a conical bottom is placed coaxially in a cylindrical body with a conical bottom of larger diameter, forming a gap between them, and longitudinal slots are located on the cylindrical case of smaller diameter, characterized in that the longitudinal slots of constant or variable width are finished are located at the lower base of the inner conical bottom and are inclined with respect to the vertical, the limiting angle between which α is determined from the relation

where D is the diameter of the inner cylindrical body;

N is the height of the inner cylindrical body,

moreover, the above-mentioned slits can be distributed evenly around the perimeter of the inner shell of the cyclone-separator or are located at a certain distance from each other, increasing in the direction of the dusty gas.

2. The cyclone separator according to claim 1, characterized in that the surface of the inner cylindrical body with a conical bottom is perforated with openings having the shape of a trapezium, the first smaller base thereof being equal to the smallest diameter of the emitted particles, the second larger trapezoid base along the direction of dusty air the largest size of the emitted particles, and the height of the trapezoid is perpendicular or inclined with respect to the vertical on the inner cylindrical body, the limiting angle between which is determined from the ratio Nia

where D is the diameter of the inner cylindrical body,

H is the height of the inner cylindrical body.