CZ300881B6

CZ300881B6 - Sestava odstredivého separátoru

Info

Publication number: CZ300881B6
Application number: CZ20023300A
Authority: CZ
Inventors: Hyppänen@Timo
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2009-09-02
Also published as: HUP0300468A2; EP1268036A1; ATE352361T1; CA2404800A1; AU2001252308A1; FI20000832A; EP1464374A1; DE60125737D1; PL357714A1; CA2404800C; US6802890B2; PT1268036E; KR100500303B1; CZ20023300A3; EP1464374B1; CN1434740A; DE60125737T2; WO2001076722A1; EP1268036B1; HU229183B1

Abstract

Zpusob a zarízení pro separaci pevných cástic z plynu odtahovaného z reakcní komory (20) reaktoru (10) s fluidním ložem, pricemž separátor (40) zahrnuje vírovou komoru (70), která je v horizontálním smeru vymezena vertikálne se rozprostírajícími vnejšími stenami (72, 74), tvorenými rovinnými panely z vodních trubek, pricemž vnitrní strany sten (72, 74) jsou alespon cástecne opatreny žáruvzdorným vyložením a vymezují plynový prostor ve vírové komore (70), kde je ustaven alespon jeden vír plynu; alespon jeden vstup plynu; alespon jeden výstup plynu; a alespon jeden výstup pevných cástic, pricemž vertikálne se rozprostírající vnejší steny vírové komory tvorí alespon jeden roh, jehož strany svírají úhel vetší než 90 stupnu, pricemž roh je zakulacen žáruvzdorným vyložením na vnitrní strane vnejších sten.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká sestavy odstředivého separátoru, která je připojitelná k reaktoru s fluidním ložem, pro separaci pevných částic z plynu, odváděného z reakční komory reaktoru s fluidním ložem, přičemž sestava separátoru zahrnuje:

vírovou komoru, která je ve vodorovném směru vymezena svisle probíhajícími vnějšími stěnami, ío tvořenými rovinnými panely z vodních trubek, přičemž vnitrní strany stěn jsou alespoň částečně opatřeny žáruvzdorným obložením a vymezují plynový prostor ve vírové komoře, kde je ustaven alespoň jeden vír plynu, alespoň jeden vstup pro zavádění plynu a pevných částic do plynového prostoru z reakční komory, alespoň jeden výstup pro odvádění vyčištěného plynu z plynového prostoru, a alespoň jeden výstup pro odvádění oddělených pevných částic z plynového prostoru prostřednictvím vratného potrubí do reakční komory.

Vynález se týká zejména odstředivých separátorů pro separaci pevných Částic z procesních a výstupních plynů z reaktorů s fluidním ložem, zejména reaktoru s cirkulujícím fluidním ložem použitých pro spalování nebo zplyňování uhlíkatých nebo jiných paliv.

Dosavadní stav techniky

Obecně je známo, jak uspořádat vstupní a výstupní potrubí odstředivého separátoru, aby spaliny vstupující vstupním potrubím vytvářely vertikální vír plynu. Obvyklé sestavy odstředivého separátoru zahrnují jeden nebo více odstředivých separátoru, tj. cyklonů, vymezených vnější stěnou mající tvar rovného kruhového válce a kuželovitým dnem,

Cyklony reaktorů s fluidním ložem se tradičně vyrábějí jako nechlazené konstrukce opatřené žáruvzdorným vyložením, zatímco stěny samotného reaktoru s fluidním ložem jsou obvykle tvořeny panely z chladicích vodních trubek. Při připojení nechlazeného separátoru Částic k chlazené reakční komoře je nezbytné brát v úvahu různou tepelnou roztažnost, a používat taková uspořá35 dání, která dovolují relativní pohyb, i když jsou takováto uspořádání drahá a náchylná k poškození.

Válcovité cyklony se také vyrábějí jako struktury vytvořené z vodních trubek, čímž se rozdíl teplot mezi cyklonem a chlazenou reaktorovou komorou udržuje malý.

Vytvoření konstrukce stěny z vodních trubek válcovitého tvaru a její připojení ke konstrukcím, které ji obklopují, vyžaduje však mnoho manuální práce a je tedy drahé.

Například patent US 4 880 450 popisuje způsob, pomocí něhož může být chlazený válcovitý cyklon připojen k peci s fluidním ložem a k její teplosměnné části. Válcovitý horní úsek cyklonu zahrnuje vzájemně spojené vodní nebo parní trubky, jeho vnitřní povrch je pokryt izolačním materiálem. Separátor podle tohoto patentu může být připojen k chlazenému okolí bez zvláštních prvků umožňujících relativní pohyb, avšak tato konstrukce vyžaduje mnoho úsilí a je proto drahá.

Patent US 5 281398 popisuje uspořádání, ve kterém se částice separují z horkých plynů v odstředivém separátoru, jehož vírová komora je sestavena z rovinných panelů z vodních trubek. Plynový prostor vírové komory je ve vodorovném řezu mnohoúhelníkový, s výhodou čtvercový nebo

-1 obdélníkový. Tento typ separátoru je výrobně levný a může být snadno spojen s reaktorovou pecí vytvořenou z obdobných stěnových panelů, čímž vzniká kompaktní jednotka. Tradičně je plynový prostor vírové komory separátoru válcovitý, neboť válcovitý prostor v nej menší možné míře ruší rychlost víru plynu.

Vynález popsaný v patentu US 5 281398 je však založen na skutečnosti, že vír plynu může být ustaven i v prostoru mnohoúhelníkového průřezu. Ve válcovitém separátoru jsou částice oddělené odstředivými silami hnány k obvodu víru a pohybují se dolů podél vnitřních stěn vírové komory. Správná funkce mnohoúhelníkového separátoru je založena na skutečnosti, že rohy plyio nového prostoru zlepšují separaci částic a fungují jako odváděči prostory pro oddělené částice.

Patent US 4 615 715 popisuje uspořádání, ve kterémje válcovitý cyklon vyrobený z materiálu odolného vůči abrazi uspořádán uvnitř chlazené skříně čtvercového průřezu. V tomto uspořádání je tvar plynového prostoru ideální pro udržování rychlosti víru, přičemž výroba panelů z vodních t5 trubek může být automatizovaná a separátor může být připojen bezprostředně k chlazenému zařízení. V uspořádání podle tohoto patentu je poměrně velký prostor mezi prstencovým vnitřním prostorem a čtvercovou vnější skříní naplněn vhodným materiálem.

Problémem tohoto materiálu je, že účinkuje jako tepelný izolátor a zvyšuje tepelnou kapacitu separátoru. Zvyšuje tak teplotu vnitřní stěny separátoru za provozu a přispívá kjeho tepelné setrvačností. Velké a rychlé změny teploty mohou zapříčinit poškození materiálu mezilehlého prostoru, což zvyšuje náklady na údržbu a opravy. Změny teploty v separátoru musí být dostatečně pomalé, přičemž tuto skutečnost je třeba brát v úvahu při změně kapacity zařízení a zejména při najíždění a odstavování zařízení.

Dále, materiál nej vnitřnějších ploch musí být velmi odolný vůči abrazi, a vyplnění mezilehlého prostoru se proto provádí speciální vícevrstvou technikou. To však přispívá ke konstrukčním nákladům a činí konstrukci separátoru komplikovanou.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je poskytnout zlepšenou sestavu odstředivého separátoru, a tím zdokonalit způsob separace částic z horkých plynů.

Cílem vynálezu je zejména poskytnout kompaktní sestavu odstředivého separátoru, která je méně výrobně nákladná, a způsob separace částic, při kterémje stupeň separace částic vysoký.

Dále je cílem vynálezu poskytnout způsob separace částic a odstředivý separátor s menšími požadavky na údržbu, který s výhodou může být připojen k chlazené reakční komoře.

Pro dosažení těchto a dalších cílů byla vyvinuta sestava odstředivého separátoru, připojitelná k reaktoru s fluidním ložem, pro separaci pevných částic z plynu, odváděného z reakční komory reaktoru s fluidním ložem, přičemž sestava separátoru zahrnuje:

vírovou komoru, která je ve vodorovném směru vymezena svisle probíhajícími vnějšími stěnami, tvořenými rovinnými panely z vodních trubek, přičemž vnitřní strany stěn jsou alespoň částečně opatřeny žáruvzdorným obložením a vymezují plynový prostor ve vírové komoře, kde je ustaven alespoň jeden vír plynu, alespoňjeden vstup pro zavádění plynu a pevných částic do plynového prostoru z reakční komo50 ry, alespoňjeden výstup pro odvádění vyčištěného plynu z plynového prostoru, a alespoň jeden výstup pro odvádění oddělených pevných částic z plynového prostoru prostřednictvím vratného potrubí do reakční komory.

-2uyr

Svisle probíhající vnější stěny vírové komory vytvářejí přibližně pravidelný mnohoúhelník, mající 5 až 10 rohů, přičemž každý z rohů je zaoblen prostřednictvím žáruvzdorného obložení na vnitřní straně vnějších stěn, přičemž:

i) vnitřní stěna vírové komory je kontinuálně válcová a poloměr zakřivení zaoblení je přibližně stejný, jako vzdálenost mezi středem víru, ustaveného ve vírové komoře, a vnitřní stěnou vírové komory, nebo i i) každý roh je samostatně zaoblen tak, že přímá plocha vnitřní stěny zůstává mezi zaoblenými částmi, přičemž poloměr zakřivení zaoblení je menší, než vzdálenost mezi středem víru, ustaveio ného ve vírové komoře, a vnitrní stěnou vírové komory.

Úhly, které svírají vnější stěny, jsou s výhodou od 108 do 135°.

LI výhodného provedení jsou úhly, které svírají vnější stěny, zhruba 135°.

Sestava odstředivého separátoru podle tohoto vynálezu s výhodou obsahuje dvě vírové komory, které sdílejí společnou stěnu,

Vírová komora a reaktor sdílejí s výhodou společný úsek stěny.

Sestava odstředivého separátoru podle tohoto vynálezu s výhodou obsahuje dvě vírové komory, přičemž je mezi vírovými komorami ponechán trojúhelníkovitý volný prostor, ve kterém je uspořádána opěrná konstrukce reaktoru nebo přívodní kanál nebo odměrovací potrubí,

Trojúhelníkovitý volný prostor je s výhodou ponechán mezi separátorem a reaktorem, přičemž v tomto volném prostoru je uspořádán vstupní kanál pro plyn, odváděný z reakční komory, nebo přívodní kanál nebo odměrovací potrubí.

Dno separátoru je s výhodou nesouměmé a vytváří jednotku, integrovanou s reakční komorou a vratným kanálem.

Přímé úseky vnitrní stěny jsou s výhodou vytvořeny mezi zaoblenými rohy, přičemž poloměr zakřivení zahloubení činí alespoň jednu třetinu vzdálenosti mezi středem víru a vnitřní stěnou vírové komory.

Uspořádání podle vynálezu spojuje výhody rovinných chladicích povrchů a zakulaceného plynového prostoru, a odstraňuje nevýhody tlustých žáruvzdorných vrstev uspořádáním vnějších stěn vírové komory do tvaru mnohoúhelníku v horizontálním průřezu, přičemž alespoň některé z úhlů jsou větší než 90 stupňů,

Separátory podle patentu US 5 281398, ve kterých má plynový prostor vírové komory v horizontálním průřezu tvar mnohoúhelníku, pracují bezvadně za normálních provozních podmínek. Bylo však zjištěno, že zvláště výhodná konstrukce může být realizována pro novou generaci separátoru za použití jiných rychlostí a jiných konstrukčních standardů, než jaké byly používány dříve. S pokračujícím vývojem separátorů mohou rohy v plynovém prostoru mohou představovat omezení pro celý projekt reaktoru.

Bylo zjištěno, že v některých aplikacích může být funkce mnohoúhelníkového separátoru dále zlepšena zakulacením jednoho nebo více rohů tvořených vnějšími stěnami vírové komory. Dále, pro minimalizaci konstrukčních problémů a problémů spojených s životností konstrukce způsobených zakulacením rohů, je pro uspořádání podle vynálezu podstatné, že úhel mezi rovinnými panely vnějších stěn vírové komory je v zakulaceném vnějším rohu značně větší než 90 stupňů.

-3CZ JUU831 BÓ

Na základě patentu US 5 738 712 jejíž známo, že proud plynu vstupující do pravoúhelníkové vírové komory a vír plynu ve vírové komoře se mohou navzájem rušit, pokud vír plynu není přesměrován ve směru vstupujícího proudu do rohu tvořeného dělicí stěnou připojenou ke vstupnímu otvoru. Vynález však se týká jiného problému, totiž že vír plynu může být méně optimální v oblasti rohů vírové komory.

Když je vertikální kruhový válec obklopen čtyřmi vertikálně se rozprostírajícími rovinnými panely, vzájemně kolmými a uspořádanými tangenciálně k válci, je vzdálenost mezi rovinnými panely a povrchem válce v rozích asi 0,414 násobkem poloměru válce.

io

V důsledku toho, jestliže je žáruvzdorné vyložení uspořádáno tak, že tloušťka vrstvy ve středu rovinného panelu je např. 0,05 násobkem poloměru válce, je v rozích vrstva více než osmkrát tlustší. Potom, zejména v rozích, může tepelná vodivost žáruvzdorné vrstvy být nízká a chlazení vnějšího povrchu již nemusí být schopné udržet teplotu vnitřního povrchu dostatečně nízkou.

Kromě toho, různé tloušťky žáruvzdorného vyložení mohou zapříčinit značné teplotní rozdíly a tím i nárůst rizika poškození vrstvy. Tlustá vrstva také zvyšuje hmotnost konstrukce a tím vyvolává problémy spojené s nesením konstrukce.

Jestliže je válec obklopen pěti panely, místo čtyřmi, je úhel mezi panely 108 stupňů a vzdálenost mezi panely a povrchem válce v rozích je jen 0,236 násobkem poloměru válce. Se šesti, sedmi resp. osmi panely jsou úhly mezi nimi 120, 128,6 resp. 135 stupňů a vzdálenost mezi panely a povrchem válce v rozích je 0,154, 0,110 resp. 0,082 násobkem poloměru válce. Maximum tloušťky žáruvzdorné vrstvy jakož i její hmotnost a tepelná kapacita jsou podstatně sníženy, dokonce již tehdy, když je úhel rohu separátoru např. 108 stupňů místo 90 stupňů.

Jestliže je úhel 135 stupňů, maximum tloušťky vrstvy potřebné pro zakulacení je jen pětinou tloušťky potřebné pro zakulacení pravého úhlu. Tepelná vodivost tenkého žáruvzdorného vyložení je vysoká a relativně stejná v různých částech vnější stěny vírové komory, čímž je snížena maximální provozní teplota vrstvy a zmenšeny teplotní rozdíly v různých částech stěn.

Podle výhodného provedení vynálezu jsou všechny rohy separátoru zakulaceny a přibližně stejné. V tom případě je počet rohů s výhodou 5, 6, 7 respektive 8, a úhly 108, 120, 128,6 respektive 135 stupňů. Když je počet rohů separátoru šest nebo osm, může být s výhodou spojeno více separátoru navzájem a/nebo s pecí. Nej výhodněji má separátor osm rohů, přičemž paralelní stěny mezi separátorem a reakční komorou jakož i mezi sousedními separátory mohou být využity při projektování konstrukce. V někteiých zvláštních případech, například pro vytvoření zvláštní nosné konstrukce a vstupního potrubí, mohou být výhodné také separátory s lichým počtem rohů.

Podle jiného výhodného provedení mohou být zakulaceny jen některé rohy separátoru. V tom případě mohou být velikosti zakulacených rohů jiné než výše uvedené. Úhly jsou s výhodou asi 110 až 150 stupňů, výhodněji asi 135 stupňů. Nejvýhodněji, separátor s úhly různé velikosti může mít základní tvar mnohoúhelníku, přičemž některé úhly jsou pravé a nezakulacené, a jiné zkosené rovinným panelem a zakulacené žáruvzdorným vyložením.

Podle výhodného provedení, proud plynu obsahující částice, který vstupuje skrze vstupní otvor, naráží nejprve přibližně kolmo na stěnu nebo na druhou stranu pravoúhlého rohu, ale po prvním nárazu proud plynu naráží na alespoň jeden zakulacený roh. V tomto uspořádání slouží první roh nebo stěna ve vírové komoře jako vhodné místo pro separaci částic, avšak v následujících zakulacených rozích je cílem udržovat rychlost proudu plynu na co nejvyšší úrovni.

Zakulacení rohů může být s výhodou uspořádáno tak, že část vnější stěny vírové komoty, která zahrnuje množství rohů vnitřní stěny vírové komory, je spojitě válcovitá. Jinými slovy, poloměr zakřivení je přibližně stejný jako vzdálenost mezi středem víru ustaveného ve vírové komoře a vnitřní stěnou vírové komory. Podle jiného výhodného provedení je uspořádáno zvláštní zakula-4cení v oblasti každého rohu, přičemž je poloměr zakřivení zakulacení menší než ve výše uvedeném případě, a mezi zakulacenými částmi zůstávají rovné plochy vnitřní stěny, vyžadující jen tenké, rovné žáruvzdorné vyložení pro ochranu stěny. Požadovaná tloušťka rovného žáruvzdorného vyložení závisí na použitém materiálu a provozních podmínkách, a je zpravidla alespoň 15 až 70 mm. Pro dosažení výhod získaných zakulacením podle vynálezu by poloměr zakřivení zakulacení neměl být příliš malý. S výhodou se poloměr zakřivení zakulacení rovná alespoň jedné třetině poloměru víru ustaveného ve vírové komoře, tj. vzdálenosti středu víru a vnitřní stěny vírové komory.

io Za použití malého poloměru zakřivení není komora úplně kruhová, ale množství žáruvzdorného vyložení na stěnách je dokonce menší než v případě spojitě válcovité vírové komory. V některých případech může být výhodné, kvůli různosti rohů, použít v různých rozích různé poloměry zakřivení zakulacení. Zvláštní případ je ten, ve kterém jsou jeden nebo více rohů tvořených vnějšími stěnami zakulaceny a jeden nebo více rohů není zakulaceno.

Horizontální průřez vírové komory může být s výhodou přibližně kruhový, čímž je ve vírové komoře ustaven jeden nebo více vírů plynu, nebo oválný a tvarovaný způsobem umožňujícím ustavení jednoho nebo více než jednoho víru plynu ve vírové komoře. Šířka horizontálního průřezu vírové komory, tj. rozměr vírové komory rozprostírající se ve směru stěny reakční komory sousedící s vírovou komorou, je s výhodou asi dvojnásobkem hloubky kolmé k této šířce, čímž mohou být ve vírové komoře s výhodou ustaveny dva víry.

Vstupní potrubí plynu do vírové komory se dvěma víry jsou s výhodou umístěna ve středu stěny vírové komory na straně reakční komory, avšak mohou být také uspořádána odděleně, v blízkosti vnějších rohů stěny vírové komory na straně reakční komory. Stěna proti vstupním potrubím uspořádaná ve středu stěny ve vírové komoře se dvěma víry na straně reakční komory může být rovná, přičemž proud plynu vstupující do reakční komory naráží na stěnu prakticky kolmo. Alternativně může být ve středu stěny uspořádána část stěny vytvořená z rovinných panelů z vodních trubek, trojúhelníková v průřezu, a prostřednictvím zakulacení této části stěny je proud plynu nucen nejprve narážet na zakulacenou stěnu.

Pro zajištění konstrukční pevnosti a vysoké separační kapacity se často konstruují dva nebo více menších separátoru ve velké reakční komoře. Za použití několika chlazených válcovitých separátorů zvyšuje náklady velký podíl manuální práce. Z ekonomických důvodů je proto někdy nezbytné použít větší separátory, než je optimální. V těchto případech není vždy jisté, že může za každých podmínek být dosaženo vysoké separační kapacity, a je tedy nutno použít pro zajištění konstrukční pevnosti prostorově náročné a nákladné uspořádání. Za použití konstrukce podle vynálezu mohou být levně vyráběny stejné malé separátory, přičemž takovéto separátory mohou být snadno konstrukčně neseny a mohou být použity optimálně z hlediska separační kapacity.

Když mají vnější stěny vírové komory podle vynálezu např. osm úhlů, mohou být dvě sousední vírové komory s výhodou uspořádány tak, že jejich strany probíhají paralelně, takže paralelní stěnové panely vírové komory mohou být přímo vzájemně spojeny. Sousední vírové komory mohou být s výhodou také propojeny tak, že sdílí společnou přímou část stěny.

Sestavy odstředivých separátoru podle vynálezu mohou s výhodou být uspořádány ve spojení s reakční komorou tak, že některé z rovinných panelů vnějších stěn vírové komory jsou paralelní s rovinnou stěnou reakční komory, přičemž vírová komora může být snadno připojena ke stěně reakční komory. Vírové komory mohou být s výhodou také vyrobeny tak, že úseky stěn vírových komor na straně reakční komory jsou sdíleny s reakční komorou.

Možnost použití společných úseků stěny mezi dvěma separátory nebo mezi separátorem a pecí je jednou z výhod separátoru tvořeného stěnami z rovinných panelů s trubkami, neboť to umožňuje značně snížit výrobní náklady. Společné úseky stěn však nemohou být snadno neseny z jedné

-5JUUOO1 BO strany úseku stěny, takže šířka tohoto typu společné stěny má v praxi určitou horní mez. Jestliže je překročena, je nutno použít dvě zvláštní stěny. Nosná konstrukce společných úseků stěn tak může v některých případech bránit využití velkých separátorů optimální velikosti.

Šířka rovinné vnější stěny pravoúhelníkového separátorů je vždy alespoň tak velká jako průměr víru, avšak šířka jednotlivé stěny v separátorů podle vynálezu může být značně menší než průměr víru. Jednou z výhod separátorů podle vynálezu je, že výše uvedený problém nosné konstrukce společných úseků stěn vyvstává jen u separátorů, jejichž plynové prostory mají větší průměry než ty, u kterých tento problém vyvstává v případě pravoúhelníkových separátorů.

Na základě výše uvedeného, průměr vírové komory v separátorů částic podle vynálezu může být v každém případě libovolněji optimalizován než průměr vírové komory v chlazeném válcovitém separátorů částic nebo v separátorů částic s pravoúhelníkovou vnější stěnou. Průměr vírové komory podle vynálezu je s výhodou 3 až 8 m, např. asi 5 m.

Protože vírové komory podle vynálezu nemají pravoúhelníkový průřez, vznikají při spojení vírových komor navzájem a s reakční komorou volné trojúhelníkové prostory. S výhodou mohou být v těchto prostorách umístěny např. vertikální nosné konstrukce. Tyto volné prostory mohou být s výhodou také použity pro uloženích různých měřicích a kontrolních otvorů jakož i vzorkovací přípojky a nástřikové potrubí pro různé materiály.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 představuje schematické znázornění, ve vertikálním řezu, reaktoru s fluidním ložem obsahujícího odstředivý separátor podle vynálezu;

obr. 2 představuje schematické znázornění, ve vertikálním řezu, dalšího reaktoru s fluidním ložem obsahuj ícího odstředivý separátor podle vynálezu;

obr. 3 znázorňuje řez odstředivým separátorem podle obr. 1 nebo 2 podle čáiy A-A;

obr. 4 až obr. 6 představuje znázornění v řezu, obdobná obr. 3, představující alternativní provedení odstředivého separátorů podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 představuje reaktor 10 s cirkulujícím fluidním ložem zahrnující reakční komoru 20, odstředivý separátor 40 částic (cyklon) a vratné potrubí 44 pro vracení oddělených částic do komory 20. Reakční komora 20 má pravoúhelníkový horizontální průřez a je po stranách obklopena stěnami z vodních trubek, z nichž jsou na obr. 1 znázorněny jen dvě stěny 22 a 24. Stěny z vodních trubek jsou tvořeny vertikálními trubkami, vzájemně spojenými, jak je o sobě známo, úzkými ocelovými žebry přivařenými mezi trubkami. Vnější stěny separátorů 40 částic jsou tvořeny obdobnými rovinnými panely z vodních trubek jako stěny reakční komory 20.

Palivo a ostatní látky potřebné v reakční komoře, např. pevný materiál lože, se zavádí do reakční komory prostřednictvím různých vstupních potrubí, z nichž jen jedno potrubí 26 je znázorněno na obr. 1. Materiál lože v reakční komoře je fluidizován fluidizačním plynem 30 přiváděným na jeho dno skrze rošt 28. Fluidizační plyn, např. vzduch, se zavádí do reakční komory takovou rychlostí, že materiál lože proudí, kontinuálně unášen plynem, do horní části reakční komory 20 a dále do separátorů 40 částic skrze vstupní potrubí 32 uspořádaného v horní části.

-6Plyn proudící z reakční komory 20 tvoří vertikální vír plynu v separátoru 40 Částic, čímž jsou částice unášené v plynu hnány k vnitrním stěnám vírové komory a padají skrze zužující se spodní část 42 vírové komory do vratného potrubí 44 a dále zpět do reakční komory 20. Plyn 46 zbavený částic opouští separátor prostřednictvím výstupního potrubí plynu uspořádaného ve stropní části vírové komory, tj. skrze středovou trubku 48. Zvláště vhodná konstrukce separátoru částic podle vynálezu, jejíž podrobnosti jsou znázorněny na obr. 3 až 6, má poměr průměru středové trubky 48 a nejmenšího průměru separátoru 40 částic přesahující 0,4, s výhodou větší než 0,5. Po proudu od středové trubky 48 jsou zpravidla uspořádány, na obr. 1 neznázoměné, teplosměnná jednotka, precipitátor a komín. Spodní část 42 separátoru 40 částic je s výhodou také tvořena ío rovinným panelem z vodních trubek. Spodní část vratného potrubí je opatřena L-ohybem nebo jiným plynovým uzávěrem zabraňujícím proudění plynu z pece 20 skrze vratné potrubí 44 do separátoru 40 částic.

Obr. 2 je obdobný obr. I, avšak na obr. 2 je zužující se spodní část 42 separátoru 40 asymetrická.

Na obr. 2 se společná stěna 24, sdílená separátorem 40 včetně vratného potrubí 44 tvořícího jeho protažení, a pecí 20, rozprostírá téměř po celé výšce pece. Obr. 2 znázorňuje také teplosměnnou komoru 52 připojenou ke spodní části vratného potrubí 44, přičemž materiál lože cirkulující ze separátoru 40 částic je vracen do pece 20 skrze přetokový otvor 54 připojený k teplosměnné komoře. V sestavě podle obr. 2 tvoří pec 20, separátor 40 Částic a vratné potrubí 44 integrovanou jednotku, která je výhodná z hlediska nesení konstrukce, využití prostoru a výrobních nákladů. Za použití sestavy podle obr. 2 může být chlazení jednotky, zahrnující horní a spodní část 42 separátoru, vratné potrubí 44 a teplosměnnou komoru 52, s výhodou vytvořeno tak, že značná část chladicích trubek se táhne ode dna teplosměnné komory vzhůru ke stropu separátoru.

Sestavy separátoru podle různých provedení vynálezu jsou podrobněji znázorněny na obr. 3 až 6. Obr. 3 představuje jeho schematické znázornění v řezu podle čáry A-A na obr. 1 nebo 2. Plyn proudící z reakění komory 20 vstupním potrubím 32 nejprve naráží, přibližně kolmo, na protější stěnu 60 vírové komory, čímž je značná část částic unášených plynem podstatně zpomalena a padá dolů do spodní části separátoru částic.

Podle vynálezu je roh 62 diagonálně proti vstupnímu potrubí 32 vírové komory přibližně Čtvercového průřezu, pro udržení rychlosti víru plynu, zakulacen žáruvzdorným vyložením 64. Pravý úhel mezi na sebe kolmými stěnami 60 a 66 je sražen rovinným úsekem 68 tak, že jsou vytvořeny dva tupé úhly. Hmotnost zakulacujícího materiálu žáruvzdorného vyložení 64 tak zůstává malá a jeho tepelná vodivost k chlazeným vnějším stěnám 60, 66 a 68 je vysoká. Oproti uspořádání, popsanému v patentu US 4 615 715, značně menší množství žáruvzdorného vyložení vede k lehčí a trvanlivější konstrukci, která je snadněji konstrukčně nesena a efektivněji chlazena.

Protože mírně zkosený a žáruvzdorným vyložením zakulacený roh je výrobně dražší než jedno40 duchý roh, je v uspořádání podle obr. 3 zakulacen jen roh diagonálně proti vstupnímu potrubí. Tak je vytvořen separátor, který je zvláště levný a dost účinný. Samozřejmě mohou být kterékoliv, popřípadě všechny, rohy zkoseny a vyloženy žáruvzdorným materiálem. V provedení podle obr. 3 jsou úseky stěn, které nejsou zakulaceny, opatřeny tenkou, rovněž žáruvzdornou vrstvou pro ochranu stěn separátoru vytvořených z vodních trubek, která není na obrázku znázorněna.

Ve velkém reaktoru s fluidním ložem, ve kterém je požadováno více separátorů částic, může být uspořádán potřebný počet paralelních separátorů částic podle obr. 3. Dva paralelní separátory mohou být uspořádány tak, že jejich vstupní potrubí buď probíhají paralelně vzhledem k vírové komoře, nebo jsou uspořádány symetricky vzhledem k ploše mezi separátory ve vzájemně nej50 bližších nebo nej vzdálenějších rozích. Zejména když jsou vstupní potrubí 32 dvou sousedních separátorů uspořádány vedle sebe, mohou být stěny mezi vírovými komorami částečně nebo úplně eliminovány, čímž se toto uspořádání blíží spojené vírové komoře se dvěma víry.

-7CZ 300881 B6

Obr. 4 ilustruje sestavu separátoru částic uspořádanou na velké reakční komoře 20, obsahující více vírových komor 70, 70’, 70”. Na obr. 4 jsou znázorněny tři paralelní vírové komory, avšak samozřejmě jejich počet může být větší nebo menší než tři. Celý plynový prostor vírových komor podle obr. 4 je zakulacen a všechny rohy svírají úhel asi 135 stupňů. Spodní část 42 separátoru znázorněného na obr. 1 a 2 je s výhodou také vyrobena z rovinných panelů z vodních trubek, avšak bylo zjištěno, že není třeba rozšiřovat zakulacení podle vynálezu až do spodní části 42.

Množství žáruvzdorného vyložení potřebné pro zakulacení plynového prostoru vírové komory osmiúhelníkového průřezu je značně menší než množství potřebné pro zakulacení čtvercové vírové komory podle patentu US 4 615 715. Tepelná vodivost tenké žáruvzdorné vrstvy je vysoká a stěny vírové komory vytvořené z rovinných panelů z vodních trubek účinně chladí separátor. Takováto vírová komora je trvanlivá, levně vyrobitelná a má nejvyšší možnou separační kapacitu.

Osmiúhelníkové vírové komory podle obr. 4 mohou být s výhodou spojeny navzájem a s reakční komorou vzájemným spojením paralelních stěn nebo uspořádáním společných úseků 72, 74 a 74' stěn, jak je znázorněno na obr. 4. Paralelní stěny vírových komor, a paralelní stěny sdílené vírovými komorami a reakění komorou, mohou být s výhodou také vzájemně podepřeny pomocí nosníků 76 a 76'.

Mezi mnohoúhelníkovými vírovými komorami jakož i mezi vírovými komorami a reakční komorou zůstávají volné trojúhelníkovité prostory, které mohou být s výhodou využity např. pro umístění nosných konstrukcí 78 celého reaktorového zařízení, nástřikového potrubí nebo dávkovačích potrubí 80, 80' pro přísady, které snižují obsah nečistot ve spalinách, nebo pro jiné látky,

Mezi vírovými komorami 70 a 70' podle obr. 3 jsou také umístěna vstupní potrubí 82, 82', která vedou proudy plynu vstupující do vírové komory paralelně s tangentami plynových vírů 84 a 84' v cyklonech.

Obr. 5 představuje sestavu separátoru tvořenou dvěma šestiúhelníkovými vírovými komorami. V jo uspořádání podle obr. 5 je jedna z vnějších stěn 86 vírové komory 70 paralelní se stěnou 24 reakční komory 20. V tomto uspořádání mohou separátory s výhodou být připojeny k reakční komoře pomocí například mezilehlých nosníků. Jinou alternativou je uspořádání dvou šestiúhelníkových vírových komor oddělených společnou stěnou nebo paralelními stěnami, přičemž jeden z rohů vírové komory směřuje proti reakční komoře.

Každý roh šestiúhelníkové vírové komory podle obr. 5 je zakulacen zvlášť, takže mezi zakulacenými rohy jsou ponechány přímé úseky 88 stěn pokryté tenkým hladkým vyložením. Zejména jeli počet rohů vírové komory menší než osm, může být tímto způsobem výhodně vytvořena lehká a trvanlivá sestava separátoru.

Obr. 6 ilustruje sestavu separátoru se dvěma víry, která má uspořádání dvou sousedních vírových komor jako sestava podle obr. 4, ale má poněkud levnější konstrukci. V tomto uspořádání proud plynu vstupující z reakční komory 20 skrze vstupní potrubí 82, rozdělený pomocí dělicí stěny 90, naráží kolmo na protější stěnu 60 a dělí se do dvou vírů, které víří v opačných směrech podle zakulacených stran vírové komory.

Ve výše uvedených příkladech byl počet rohů vírové komory šest nebo osm, může být však také jiný, např. pět nebo sedm. S nárůstem počtu rohů klesá množství žáruvzdorného vyložení potřebné pro zakulacení, avšak zároveň narůstá počet panelů z vodních trubek a výrobní náklady.

Existuje tedy optimální počet rohů, zpravidla mezi pěti až deseti.

Dalším faktorem ovlivňujícím výhodnost tvaru vírové komory je počet paralelních stěn konstrukce, který je větší v případě sudého počtu než v případě lichého počtu rohů, a zvláště velký je když je počet rohů dělitelný čtyřmi. Zvláště výhodný počet rohů vírové komory je tedy osm,

-8ι/VVUUl UV avšak jak je uvedeno výše, v některých případech může být nejvýhodnější uspořádání získáno s jiným počtem rohů.

Ačkoliv vynález je zde popsán na příkladech, které jsou v současné době pokládány za nejvý5 hodnější provedení, odborníkovi je zřejmé, že mohou být realizovány četné modifikace a kombinace popsaných provedení. Vynález pokrývá různé další aplikace spadající do rozsahu vynálezu definovaného patentovými nároky.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

15 1. Sestava (40) odstředivého separátoru, připojitelná k reaktoru (10) s fluidním ložem, pro separaci pevných částic z plynu, odváděného z reakční komory (20) reaktoru (10) s fluidním ložem, přičemž sestava (40) separátoru zahrnuje:

vírovou komoru (70, 70', 70), která je ve vodorovném směru vymezena svisle probíhajícími vnějšími stěnami (72, 74, 74', 86, 88), tvořenými rovinnými panely z vodních trubek, přičemž

20 vnitřní strany stěn jsou alespoň částečně opatřeny žáruvzdorným obložením a vymezují plynový prostor ve vírové komoře, kde je ustaven alespoň jeden vír (84, 84') plynu, alespoň jeden vstup (82, 82') pro zavádění plynu a pevných částic do plynového prostoru z reakční komory, alespoň jeden výstup (48) pro odvádění vyčištěného plynu z plynového prostoru, a

25 alespoň jeden výstup (44) pro odvádění oddělených pevných částic z plynového prostoru prostřednictvím vratného potrubí do reakční komory, vyznačující se tím, že svisle probíhající vnější stěny vírové komory vytvářejí přibližně pravidelný mnohoúhelník, mající 5 až 10 rohů, přičemž každý z rohů je zaoblen prostřednictvím žáruvzdorného obložení na vnitřní straně vnějších stěn (72, 74, 74', 86, 88), přičemž:

30 i) vnitřní stěna vírové komory je kontinuálně válcová a poloměr zakřivení zaoblení je přibližně stejný, jako vzdálenost mezi středem víru, ustaveného ve vírové komoře, a vnitřní stěnou vírové komory, nebo ii) každý roh je samostatně zaoblen tak, že přímá plocha vnitřní stěny zůstává mezi zaoblenými částmi, přičemž poloměr zakřivení zaoblení je menší, než vzdálenost mezi středem víru, ustave35 ného ve vírové komoře, a vnitřní stěnou vírové komory.
2. Sestava odstředivého separátoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že úhly, které svírají vnější stěny (72, 74, 74', 86, 88), jsou od 108 do 135°.

40
3. Sestava odstředivého separátoru podle nároku 2, vyznačující se tím, že úhly, které svírají vnější stěny (72, 74, 74'), jsou zhruba 135°.
4. Sestava odstředivého separátoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje dvě vírové komory (70, 70', 70), které sdílejí společnou stěnu (74, 74').
5. Sestava odstředivého separátoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že vírová komora (70, 70', 70) a reaktor (20) sdílejí společný úsek (72) stěny.
6. Sestava odstředivého separátoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahu50 je dvě vírové komory (70, 70', 70), přičemž je mezi vírovými komorami (70, 70', 70) ponechán trojúhelníkovitý volný prostor, ve kterém je uspořádána opěrná konstrukce (78) reaktoru nebo

-9CZ JWI881 B6 přívodní kanál nebo odměřovací potrubí (80).
7. Sestava odstředivého separátoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že trojúhelníkovitý volný prostor je ponechán mezi separátorem a reaktorem (20), přičemž v tomto vol5 ném prostoru je uspořádán vstupní kanál (82, 82’) pro plyn, odváděný z reakční komory, nebo přívodní kanál nebo odměřovací potrubí (80’).
8. Sestava odstředivého separátoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že dno (42) separátoru (40) je nesouměmé a vytváří jednotku, integrovanou s reakční komorou (20) a io vratným kanálem (44).
9. Sestava odstředivého separátoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že přímé úseky (88) vnitřní stěny jsou vytvořeny mezi zaoblenými rohy, přičemž poloměr zakřivení zahloubení činí alespoň jednu třetinu vzdálenosti mezi středem víru a vnitřní stěnou vírové komory.