устройство для отделения сыпучего материала от транспортирующего газа

Формула изобретения

1. Устройство для отделения сыпучего материала от транспортирующего газа для установок пневмотранспорта, включающее приемный бункер с узлом выгрузки сыпучего материала и фильтр, отличающееся тем, что оно снабжено размещенным между бункером и фильтром узлом дополнительного отделения сыпучего материала от газа, выполненным в виде циклона, установленного на верхней части бункера, и соосно сообщенного с полостью бункера патрубком вывода сыпучего материала, относительно которого коаксиально размещены две цилиндрические обечайки с образованием внешней приемной вихревой камеры с тангенциальным вводом исходной смеси и внутренней камеры отбора газа из бункера, сообщенной патрубком со входом циклона, при этом циклон снабжен пылевым затвором в нижней его части.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел дополнительного отделения сыпучего материала от газа включает второй циклон с индивидуальным бункером, связанный соответственно с первым циклоном и фильтром.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что патрубок вывода сыпучего материала циклона и цилиндрические обечайки в нижней части снабжены коническими раструбами, установленными с возможностью перемещения в вертикальном направлении.

4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что во входном патрубке циклона установлена направляющая подпружиненная лопатка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пневматическому транспортированию сыпучих материалов и может быть использовано в химической, строительной и других отраслях промышленности, связанных с переработкой порошкообразных материалов.

Известна циклонная установка (Авт. св. СССР 1087182, М.кл. В 04 С 5/103, В 04 С 7/00, опубл. 23.04.84), состоящая из бункера-пылесборника, соосно расположенных основного и дополнительного циклонов, содержащих корпус с днищем, входные разгрузочные каналы и выхлопные патрубки. Основной циклон снабжен рассекателей пылегазового потока, установленным между днищем и выхлопным патрубком. Выхлопной патрубок дополнительного циклона размещен внутри выхлопного патрубка основного циклона. Рассекатель выполнен в виде полого усеченного конуса, установленного большим основанием вверх.

В данной установке основной циклон является концентратором твердой фазы, а отделение частиц от несущего потока осуществляется с помощью дополнительного циклона, имеющего бункер. Недостатком циклонной установки является ограниченный диапазон применения, так как она способна удовлетворительно работать в аспирацнонных системах с концентрацией твердой фазы, меньшей 0,002 кг/м³. Применение циклонной установки в устройствах "поршневого" пневматического транспортирования с концентрацией твердой фазы, равной 100-170 кг/м³, приведет к быстрой забивке циклонной установки в месте перехода материала от основного к дополнительному циклону и аварийной остановке процесса транспортирования сыпучего материала.

Известен циклон (Авт. св. СССР 538743, М. кл. D 04 С 5/103, опубл. 15.12.76), включающий корпус с тангенциальным входным патрубком, сливными песковым патрубками, коаксиально установленный внутри корпуса большим основанием вверх конический элемент, снабженный лопатками, у которого конический элемент и сливной патрубок установлены с возможностью осевого перемещения относительно друг друга и корпуса. Корпус циклона выполнен в виде усеченных конусов, обращенных друг к другу большими основаниями, а в низшей части конического элемента установлена трубка с отбортовкой.

Недостатком циклона является низкая эффективность очистки газов во внутреннем коническом элементе. Причиной является подсос газа в зазор между внутренним коническим элементом и трубкой с отбортовкой, так как в этом месте отсутствует затвор, позволяющий осуществить выпуск материала без подсоса газа. Известно (Страус В. Промышленная очистка газов. - М.: Химия, 1981, 296 с. ), что подсос небольшого количества газа в сепарацнонный элемент со стороны бункера (5%) может практически полностью исключить возможность улавливания мелкодисперсных частиц.

Наиболее близким по функциональному назначению и технической сущности к предложенному устройству является фильтр - осадитель для установок пневмотранспорта сыпучих материалов (Авт. св. СССР 1331766, М.кл. D 65 G 53/60, В 01 D 46/02, опубл. 23.08.87, БИ 31), содержащий смонтированную на. верхней стенке сообщенного с пневмотранспортным трубопроводом бункера раму, подпружиненную по вертикали, и закрепленные на ней и на верхней стенке бункера вертикальные рукавные фильтрующие элементы, выполненные с боковой и верхней торцовой поверхностью из воздухопроницаемого материала и сообщенные через нижний торец с полостью бункера, который снабжен дополнительным рукавным фильтрующим элементом, выполненным с верхней торцовой поверхностью из воздухонепроницаемого материала и расположенным асимметрично остальным, а рама установлена на верхней стенке бункера посредством шарнира. Фильтр-осадитель снабжен смонтированными на раме с возможностью их перемещения в радиальном относительно оси шарнира направлении контргрузами, а шарнир выполнен в виде вертикального конуса, расположенного в коническом гнезде, и угол конусности которого меньше угла конусности гнезда.

Недостатком фильтра-осадителя является ненадежность работы с тонкодисперсными порошкообразными материалами (<40 мкм) из-за забивки пор фильтровальной ткани, так как газ со взвешенными мелкими частицами поступает на фильтр. Это приводит к нестабильности гидродинамического режима установки, нарушению целостности фильтровальной поверхности и нестабильности работы всей установки пневмотранспорта. Применение фильтровального материала с большими размерами пор очень сильно снижает показатель эффективности очистки газа и приводит к потере товарного продукта.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании устройства, позволяющего устранить указанные недостатки, повысить надежность и эффективность работы системы обеспыливания в установках пневмотранспорта с высокой удельной загрузкой мелкодисперсным материалом.

Поставленная задача решается тем, что устройство для отделения сыпучего материала от транспортирующего газа, включающее приемный бункер с узлом выгрузки сыпучего материала и фильтр, снабжено размещенным между бункером и фильтром узлом дополнительного отделения сыпучего материала от газа, выполненным в виде циклона, установленного на верхней части бункера и соосно сообщенного с полостью бункера патрубком вывода сыпучего материала, относительно которого коаксиально размещены две цилиндрические обечайки с образованием внешней приемной вихревой камеры с тангенциальным вводом исходной смеси и внутренней камеры отбора газа из бункера, сообщенной патрубком со входом циклона, при этом циклон снабжен пылевым затвором в нижней его части. Узел дополнительного отделения сыпучего материала от газа может содержать второй циклон с индивидуальным бункером, связанный соответственно с первым циклоном и фильтром. Патрубок выдачи сыпучего материала циклона и цилиндрические обечайки в нижней части снабжены коническими раструбами, установленными с возможностью перемещения в вертикальном направлении. Во входном патрубке циклона установлена направляющая подпружиненная лопатка.

На чертежах изображено устройство для отделения сыпучего материала от транспортирующего газа. На фиг.1 изображен общий вид устройства.; на фиг.2 - разрез А-А на фиг 1; на фиг.3 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.4 - разрез С-С на фиг.1.

Устройство для отделения сыпучего материала от транспортирующего газа состоит из приемного бункера 1 с устройством выгрузки сыпучего материала 2. В верхней части бункера 1 установлен узел дополнительного отделения сыпучего материала от газа 3, выполненный в виде циклона 4, соосно сообщенного с полостью бункера 1 патрубком вывода сыпучего материала 5. Относительно патрубка 5 коаксиально размещены цилиндрические обечайки 6, 7. Циклон снабжен автоматическим пылевым затвором 8, установленным соосно патрубку 5. Патрубок вывода сыпучего материала 5 автоматического пылевого затвора 8 проходит через центр цилиндрической обечайки 7 и открытым концом входит во внутреннюю полость приемного бункера 1. Это дает возможность просто, надежно и компактно решить проблему монтажа, обеспечить качество очистки и автоматическую выгрузку порошка. Цилиндрические обечайки 6, 7 и цилиндрический патрубок 5 образуют две вихревые каперы, открытые в полость приемного бункера 1. К внешнему цилиндру 6 тангециально прикреплен входной патрубок 9 (см. фиг.3). К нижней части цилиндрической обечайки 7 и патрубка вывода сыпучего материала 5 прикреплены с возможностью перемещения в вертикальном направлении конические раструбы 10, 11. Конический раструб 12 закреплен неподвижно. Выходной патрубок 13 циклона 4 соединен с входным патрубком 18 циклона 14, имеющего индивидуальный бункер 15. На выходе из циклона 14 для окончательной очистки газа установлен фильтр 16. Во входных патрубках 17, 18 циклонов 4, 14 установлены подпружиненные 20 направляющие лопатки 19 для автоматической регулировки скорости потоков при переходных режимах работы установки, возникающих при приеме "поршней" сыпучего материала.

Устройство для отделения сыпучего материала от транспортирующего газа работает следующим образом.

Порошкообразный материал вместе с транспортирующим газом через патрубок 9 поступает в полость между цилиндрическими обечайками 6, 7. При тангенциальном вводе исходной смеси материал под действием центробежной силы отделяется на внешнюю поверхность обечайки 7 и затем в виде вращающегося высококонцентрированного сгустка поступает в бункер 1 и осаждается в его нижней части. При движении материал попадает на конические раструбы 11, 12 и отбрасывается к стенке бункера 1. Транспортирующий газ из бункера 1 удаляется через регулируемый зазор между коническими раструбами 10, 11. За счет резкого поворота потока и центробежной силы, действующей на частицы на входе в зазор между коническими раструбами, происходит отделение частиц от транспортирующего газа. Так как пылегазовый поток на входе в регулируемый зазор между коническими раструбами 10, 11 сохраняет вращательное движение, при движении к центру вращения в пространстве между коническими раструбами окружная компонента вектора скорости потока увеличивается (по закону потенциального течения), следовательно, увеличивается и центробежная сила, действующая на частицы. Происходит отделение частиц от газового потока на внутреннюю поверхность обечайки 7 и раструба 11, причем коническая форма раструба 11 способствует удалению частиц в бункер 1 и отбрасывает их от места вывода пылегазового потока из бункера. Регулировка закрутки пылегазового потока и изменение структуры распределения компонент вектора скорости потока осуществляется изменением величины зазора между коническими раструбами 10, 11, 12. Целью регулировки является установление оптимального распределения компонент вектора скорости несущей среды и достижение максимальной эффективности очистки газа в узле дополнительного отделения предварительной очистки 3. Выполнение узла дополнительной очистки 3 в виде коаксиальных цилиндрических обечаек 6, 7, закрытых в верхней части, близко к оптимальному, так как при небольшом гидравлическом сопротивлении устройства оно позволяет с высокой эффективностью разгрузить поток от основной массы сыпучего материала и значительно облегчить задачу дальнейшей очистки газа.

Из вихревой камеры пылегазовый поток через патрубок 17 поступает в циклон 4, где от несущею потока газа отделяются тонкодисперсные частицы. Материал, уловленный циклоном 4, поступает в автоматический пылевой затвор 8 и через определенные промежутки времени удаляется в бункер 1 через цилиндрический патрубок 5. При реализации поршневого режима движения в установке пневмотранспорта расход газа через циклоны изменяется от максимального, соответствующего режиму продувки трубопровода, до минимального, соответствующего моменту прихода поршня в устройство предварительной очистки 3. Так как скорость газа во входных патрубках циклонов является нестационарной величиной, это отрицательно сказывается на эффективности сепарации частиц.

Для компенсации этого явления во входных патрубках циклонов установлены подпружиненные направляющие лопатки 19, которые в случае падения расхода газа под действием пружин 20 отклоняются к центру патрубка (действие силы со стороны потока на лопатку уменьшается), перекрывают часть проходного сечения патрубка и сохраняют необходимую для эффективной очистки скорость пылегазового потока на входе в цилиндроконические части циклонов 4, 14. Установка подпружиненных направляющих лопаток 19 во входных патрубках циклонов позволяет на несколько процентов повысить эффективность очистки газа при работе установки пневмотранспорта в импульсном "поршневом" режиме с нестационарным расходом газа. После циклона 14 для окончательной очистки газ поступает в фильтр 16. Установка циклона 14 с индивидуальным бункером 15 вызвана необходимостью защиты фильтра 16 от выбросов порошка в случае негермитичности автоматического пылевого затвора 8, которая может возникнуть в переходных режимах работы (выгрузка порошка) или в результате действия других факторов. Циклон 14 с индивидуальным контейнеров 15 служит для контроля за работой системы обеспыливания, установленной над приемным бункером, позволяет исключить аварийные ситуации в работе установки (забивка пор и порыв материала фильтра), определить сроки проведение регламентных работ с автоматическим пылевым затвором 8.

Таким образом, совокупность всех элементов и их взаимодействие позволяет решить поставленную задачу - повысить надежность и эффективность устройства для отделение сыпучею материала от транспортирующего газа.

Пример конкретного выполнения

Устройство для отделения порошка от транспортирующего газа было изготовлено на Сибирском химическом комбинате и смонтировано на приемном бункере установки напорного "поршневого" транспорта оксидов урана.

Геометрические и режимные параметры установки следующие.

Среднемассовый диаметр частиц, мкм - 30

Расход газа, м³/час (транспорт, продувка) - 70, 200

Диаметр трубопровода, мм - 50

Диаметры цилиндрических камер, мм - 210, 700

Диаметр циклонов, мм - 167

Диаметр цилиндрическою патрубка пылевого затвора, мм - 100

Размер выпускного отверстия пылевого затвора, мм - 100100

Диметры конусных раструбов на выходе, мм - 300, 450

Общая эффективность очистки газа, % - 99,995

Как показали результаты испытаний, устройство для отделения порошка от транспортирующего газа обладает исключительной надежностью и высокой эффективностью отделения порошкообразного материала от транспортирующего газа. За время двухгодичной эксплуатации устройства не было ни одного случая выхода установки из строя. Применение предложенного устройства вместо батарей металло-керамических фильтров позволило значительно снизить удельные затраты на очистку, упростить эксплуатацию и ремонт, стабилизировать работу всего комплекса газоочистного оборудования. Благодаря применению установки коэффициент проскока частиц порошкообразного материала уменьшился в 40 раз по сравнению с базовым объектом, ранее применявшимся центробежным пылеотделителем (Авт. св. СССР 373017, М.кл. В 01 D 45/12), имеющим показатель эффективности очистки газов 99,8%. Эффективность очистки технологических газов от порошкового материала в установке пневмотранспорта оксидов урана составляет 99,995%.