EA017427B1

EA017427B1 - Циклон (варианты) и система грануляции серы

Info

Publication number: EA017427B1
Application number: EA201001441A
Authority: EA
Inventors: Жонгчао Тэн; Жимин Ю
Original assignee: Юти Лимитед Партнершип
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2012-12-28
Also published as: CA2718947C; US20090235823A1; EA201001441A1; CA2718947A1; EP2262589A4; WO2009114927A1; EP2262589A1; US8034143B2

Abstract

В изобретении описан циклон, содержащий кожух с внутренним диаметром D. Возле первого конца кожуха расположен входной канал. Внутри первого или второго конца кожуха (зависит от типа циклона: прямоточный или с обратным потоком) может быть установлен направляющий элемент. Внутри второго или первого конца кожуха (зависит от типа циклона: прямоточный или с обратным потоком) расположена выходная труба, которая отходит от конца кожуха. Между выходной трубой и внутренней стенкой кожуха (для прямоточной конструкции циклона) или между направляющим элементом и внутренней стенкой кожуха (для конструкции циклона с обратным потоком) формируется накопитель, в котором аккумулируются частицы, отделенные от потока входящего газа. Величина зазора между направляющим элементом и выходной трубой находится в диапазоне от примерно 0,4 × D до примерно 0,8 × D. Длина накопителя примерно равна 1,5 × D или превышает эту величину.

Description

(57) В изобретении описан циклон, содержащий кожух с внутренним диаметром Б. Возле первого конца кожуха расположен входной канал. Внутри первого или второго конца кожуха (зависит от типа циклона: прямоточный или с обратным потоком) может быть установлен направляющий элемент. Внутри второго или первого конца кожуха (зависит от типа циклона: прямоточный или с обратным потоком) расположена выходная труба, которая отходит от конца кожуха. Между выходной трубой и внутренней стенкой кожуха (для прямоточной конструкции циклона) или между направляющим элементом и внутренней стенкой кожуха (для конструкции циклона с обратным потоком) формируется накопитель, в котором аккумулируются частицы, отделенные от потока входящего газа. Величина зазора между направляющим элементом и выходной трубой находится в диапазоне от примерно 0,4 * Б до примерно 0,8 х Б. Длина накопителя примерно равна 1,5 χ Б или превышает эту величину.

Область техники

Настоящее изобретение относится к отделению частиц от газового потока.

Предпосылки создания изобретения

Циклоны - это широко используемые устройства для очистки газов в промышленности. В традиционных циклонах для отделения частиц от газового потока (например, от воздушного потока) используется центробежная сила. В таких циклонах обычно используются высокие скорости воздуха, что влечет за собой высокую степень турбулентности и вторичный захват частиц потоком, снижающие эффективности отделения частиц. Многие годы технологии циклонной очистки газов развивались в направлении циклонов с обратным потоком, и меньшее внимание уделялось прямоточным циклонам. В прямоточных циклонах газ и частицы выходят из устройства в одном направлении. В циклонах с обратным потоком газ изменяет направление движения в циклоне и выходит с той же стороны, с которой поступает исходный газовый поток. А частицы, отделенные от газа, выходят с другой стороны.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение относится к отделению частиц от газового потока. Один из вариантов предлагаемого в изобретении циклона содержит кожух, входной канал, направляющий элемент, выходную трубу и накопитель. Кожух имеет цилиндрическую форму с внутренним диаметром Ό. Входной канал расположен возле первого конца кожуха. Направляющий элемент расположен внутри первого конца кожуха по существу соосно ему. Выходная труба расположена во втором конце кожуха и отходит от него, причем выходная труба, по существу, соосна со вторым концом кожуха. Накопитель имеет кольцевую форму и сформирован между выходной трубой и внутренней стенкой кожуха для обеспечения сбора частиц, отделенных от потока входящего газа. Между направляющим элементом и выходной трубой имеется зазор, величина которого находится в диапазоне от примерно 0,4 х Ό до примерно 0,8 х Ό. Длина накопителя примерно равна 1,5 х Ό или превышает эту величину.

Варианты осуществления изобретения могут содержать один или несколько следующих признаков. Входной канал может быть направлен тангенциально относительно первого конца кожуха. Циклон может быть выполнен с лопатками возле первого конца кожуха или без таких лопаток. Входной канал может быть устроен таким образом, чтобы в него поступал газ, содержащий капельки серы, и циклон может дополнительно содержать паровую рубашку, охватывающую внешнюю поверхность кожуха и предназначенную для поддержания такой температуры внутри циклона, при которой капельки серы будут поддерживаться в жидком состоянии. Длина направляющего элемента может находиться в диапазоне от примерно 0,15 х Ό до примерно 1,0 х Ό. Направляющий элемент и/или выходная труба могут быть подвижными внутри кожуха, так что длина зазора между ними может регулироваться. Выходная труба может быть подвижной внутри кожуха, так что длина накопителя может регулироваться.

В изобретении также предлагается система грануляции серы. Эта система содержит гранулятор серы, подсоединенный к циклону, причем отходящий газ гранулятора поступает во входной канал циклона. Циклон содержит цилиндрический кожух с внутренним диаметром Ό и входной канал возле первого конца кожуха. Внутри первого конца кожуха, по существу, соосно ему расположен направляющий элемент. Выходная труба располагается внутри второго конца кожуха и отходит от него внутрь циклона. Выходная труба по существу соосна со вторым концом кожуха. Между выходной трубой и внутренней стенкой кожуха формируется кольцевой накопитель для сбора частиц, отделенных от потока входящего газа. Величина зазора между направляющим элементом и выходной трубой находится в диапазоне от примерно 0,4 х Ό до примерно 0,8 х Ό, и длина накопителя примерно равна 1,5 х Ό или превышает эту величину. Система содержит также вентилятор, расположенный после выходной трубы (по ходу потока) и сообщающийся с ней, так что отходящие газы вытягиваются через циклон.

Варианты осуществления изобретения могут содержать один или несколько следующих признаков. Газ, выходящий из выходной трубы циклона, может содержать менее 50 мг загрязняющих веществ на килограмм влажного воздуха. Система может также содержать паровую рубашку, охватывающую внешнюю поверхность кожуха и предназначенную для поддержания такой температуры внутри циклона, чтобы капельки серы, отделенные от отходящих газов, поддерживались в жидком состоянии. Система может содержать дымовую трубу, расположенную по ходу потока после выходной трубы циклона и сообщающуюся с ней, и газ, выходящий из выходной трубы циклона, выпускается через дымовую трубу в атмосферу. Накопитель циклона может содержать выходную трубу накопителя, и жидкая сера, собранная в накопителе, транспортируется из циклона через выходную трубу накопителя для последующей подачи в гранулятор серы.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения циклон содержит цилиндрический кожух с внутренним диаметром Ό и входной канал возле первого конца кожуха. Внутри второго конца кожуха соосно ему расположен направляющий элемент. В первом конце кожуха расположена выходная труба циклона, которая отходит от него, причем она, по существу, соосна с кожухом. Между направляющим элементом и внутренней стенкой кожуха формируется кольцевой накопитель для сбора частиц, отделенных от потока входящего газа. Величина зазора между направляющим элементом и выходной трубой находится в диапазоне от примерно 0,4 х Ό до примерно 0,8 х Ό, и длина накопителя примерно

- 1 017427 равна 1,5 х Ό или превышает эту величину.

Варианты осуществления изобретения могут содержать один или несколько следующих признаков. Входной канал может быть направлен тангенциально относительно первого конца кожуха. Циклон может быть выполнен с лопатками возле первого конца кожуха или без таких лопаток. Входной канал может быть устроен таким образом, чтобы в него поступал газ, содержащий капельки серы. В этом варианте циклон может также содержать паровую рубашку, охватывающую внешнюю поверхность кожуха и предназначенную для поддержания такой температуры внутри циклона, чтобы капельки серы поддерживались в жидком состоянии. Длина направляющего элемента может быть в диапазоне от примерно 0,15 х Ό до примерно 1,0 х Ό. Направляющий элемент и/или выходная труба могут быть подвижными внутри кожуха, так что длина зазора между ними может регулироваться.

Варианты осуществления изобретения могут обеспечивать следующие достоинства и преимущества. Циклон может обеспечивать улучшение характеристик отделения частиц. Циклон может быть изготовлен достаточно быстро, и его стоимость невысока. В конкретных вариантах осуществления изобретения циклон может нагреваться или охлаждаться для поддержания температуры потока входящего газа и/или для облечения извлечения частиц, отделенных от потока. Циклон может иметь меньшую площадь основания по сравнению с известными конструкциями, что повышает его эффективность. Циклон может иметь прямоточную конструкцию или конструкцию с обратным потоком.

Подробности одного или нескольких вариантов осуществления изобретения показаны на прилагаемых чертежах и рассмотрены в описании. Другие признаки, объекты и достоинства изобретения станут понятными из описания и чертежей и из формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - вид продольного сечения прямоточного циклона;

фиг. 2 - вид поперечного сечения ближнего конца прямоточного циклона, показанного на фиг. 1; фиг. 3 - вид поперечного сечения входного канала прямоточного циклона, показанного на фиг. 1; фиг. 4 - блок-схема одного из вариантов осуществления способа грануляции серы;

фиг. 5А - вид продольного сечения другого варианта конструкции прямоточного циклона с паровой рубашкой;

фиг. 5А - вид поперечного сечения ближнего конца прямоточного циклона, показанного на фиг. 5А; фиг. 6 - вид сбоку горизонтального прямоточного циклона;

фиг. 7 - вид продольного сечения другого варианта конструкции прямоточного циклона с лопатками;

фиг. 8А - вид продольного сечения циклона с обратным потоком, в котором газовый поток поступает тангенциально;

фиг. 8В - вид продольного сечения циклона с обратным потоком, в котором на входе установлены лопатки.

Одинаковые ссылочные обозначения на разных чертежах относятся к одинаковым элементам.

Подробное описание изобретения

Ниже описывается циклон, предназначенный для удаления твердых частиц или капелек жидкости из потока входящего газа. Циклон содержит цилиндрический кожух и входной канал возле первого конца кожуха. Внутри первого конца кожуха соосно с ним расположен направляющий элемент. Внутри второго конца кожуха расположена отходящая от него выходная труба. Выходная труба соосна со вторым концом кожуха. Между выходной трубой и внутренней стенкой кожуха формируется кольцевой накопитель. Этот накопитель предназначен для сбора и содержания частиц, отделенных от потока входящего газа. Величина зазора между направляющим элементом и выходной трубой находится в диапазоне от примерно 0,4 х Ό до примерно 0,8 х Ό, где Ό - внутренний диаметр кожуха. Длина накопителя превышает величину 1,5 х Ό или равна ей. В некоторых вариантах предпочтительная длина накопителя может быть не менее 2 х Ό. Термин входящий газ используется в широком смысле и охватывает газовый поток, несущий частицы, которые могут быть твердыми и/или жидкими (капельки).

Циклон может иметь прямоточную конструкцию, в которой используется циклонное или вихревое разделение для удаления частиц из потока входного газа. Для отделения твердых и/или жидких частиц от газа используется действие центробежной силы, возникающей при вращении потока газа. Газ, очищенный от большей части частиц, выходит через выходное отверстие, а загрязняющие частицы могут задерживаться и аккумулироваться в накопителе. Накопитель может быть снабжен вторым выходным отверстием для удаления из накопителя твердых и/или жидких частиц, отделенных от газового потока.

Диапазон величин зазора между дефлектором и выходной трубой определялся по результатам лабораторных экспериментов. Диапазон величин зазора от примерно 0,4 х Ό до примерно 0,8 х Ό обеспечивал наилучшие характеристики отделения частиц.

Длина накопителя должна быть достаточной для создания мертвой зоны, то есть, зоны с минимальной турбулентностью воздушного потока. Создаваемая мертвая зона обеспечивает сбор частиц для содержания в бункере с минимальными возмущающими воздействиями, чтобы возможность возвращения частиц обратно в поток была сведена к минимуму. Для более короткого накопителя, а именно, нако

- 2 017427 пителя, длина которого недостаточна для создания мертвой зоны, эффективность отделения частиц будет меньше, поскольку некоторые частицы будут вновь захватываться и уноситься газовым потоком. Если длина накопителя будет не менее 1,5 х Ό, то будет создаваться мертвая зона, и эффективность отделения частиц будет увеличиваться.

В некоторых вариантах длина направляющего элемента может быть в диапазоне от примерно 0,15 х Ό до примерно 1,0 х Ό. Направляющий элемент и/или выходная труба могут быть подвижными внутри кожуха, так что длина зазора может регулироваться. Выходная труба может быть подвижной внутри кожуха, так что длина накопителя может регулироваться.

На фиг. 1-3 представлен один из вариантов предлагаемого в изобретении циклона 100. Циклон 100 содержит цилиндрический кожух 110, внутри которого твердые и/или жидкие частицы отделяются от потока входящего газа. Ближняя часть 102 циклона 100 содержит входной канал 120, внутреннее пространство которого сообщается с внутренним пространством кожуха 110, и через эту трубу смесь газов, жидких и/или твердых частиц поступает внутрь кожуха 110. В рассматриваемом варианте входной канал 120 имеет стенки 121 (см. фиг. 3), которые определяют прямоугольное поперечное сечение 123 с глубиной 127 и шириной 128. На фиг. 2 приведен вид поперечного сечения ближней части 102 циклона. Как показано на фиг. 2, входной канал 120 может быть ориентирован тангенциально для содействия созданию вихря внутри кожуха 110. Циклон 100 снабжен выходной трубой 130 в дальней части 104, причем труба может иметь круговое поперечное сечение и быть соосной с кожухом 110. Внутреннее пространство выходной трубы 130 сообщается с внутренним пространством кожуха 110, и газ, очищенный от большей части загрязняющих частиц, может выходить через нее из кожуха 110.

В дальней части 104 циклона 100 имеется кольцевой накопитель. Накопитель 140 сформирован выходной трубой и внутренней стенкой кожуха и сообщается с внутренним пространством кожуха 110. По мере того как частицы отделяются от газового потока в кожухе 110, они могут аккумулироваться в накопителе 140, в то время как газ, очищенный от большей части загрязнений, выходит через выходную трубу 130. В некоторых вариантах конструкции циклона 100 накопитель 140 может сообщаться с дополнительным оборудованием, в котором может осуществляться последующая обработка частиц (например, сбор частиц и подготовка их для повторного использования). В рассматриваемом варианте бункер снабжен выходной трубой 141 для удаления твердых и/или жидких частиц, собранных в накопителе 140.

В некоторых вариантах циклон 100 может содержать переходник, подсоединенный к входному каналу 120 для его соединения с источником загрязненного газа, например, в том случае, когда диаметр выходной трубы такого источника отличается от размеров входного канала 120. Циклон 100 может содержать выходной трубопровод с вытяжным вентилятором, подсоединенным к выходной трубе 130 для вытяжки газа, очищенного от большей части загрязнений, из кожуха 110, через выходную трубу 130 и трубопровод. В других вариантах циклон 100 подсоединяется к имеющемуся оборудованию, которое содержит выходной трубопровод и/или вытяжной вентилятор, что может исключать необходимость наличия трубопровода и/или вентилятора в составе циклона.

Как можно видеть на фигуре 2, циклон 100 имеет внутреннюю стенку 112, определяющую внутренний диаметр 114 (Ό). Циклон 100 снабжен направляющим элементом, расположенным внутри ближней части 102 кожуха 110 непосредственно возле торца 116 ближней части соосно с кожухом 110. В рассматриваемом варианте конструкции циклона направляющий элемент 150 имеет внешний диаметр 154 и длину 156 ниже входного канала 120. В других вариантах направляющий элемент 150 может быть полым, а в других вариантах он может быть сплошным.

Выходная труба 130 имеет внешнюю стенку 132, определяющую внешний диаметр 134, которая отходит от дальней части 104 кожуха 110 и входит в него на расстояние 136. Кольцевой накопитель 140 также имеет длину 136. Как уже указывалось, длина 136 накопителя может быть больше или равна 1,5 х Ό, где Ό - внутренний диаметр 114 кожуха. Расстояние между дальним концом направляющего элемента 150 и ближним концом выходной трубы 130 определяет зазор 160. Как уже указывалось, величина зазора находится в диапазоне от примерно 0,4 х Ό до примерно 0,8 х Ό.

Части направляющего элемента 150 и выходной трубы 130, расположенные внутри кожуха 110, могут способствовать формированию трех функциональных зон внутри кожуха 110. Кожух 110 может содержать вихревую зону 170, а именно, пространство между внешней стенкой 152 направляющего элемента 150 и внутренней стенкой 112 кожуха 110, простирающееся от ближнего торца 116 кожуха 110 к концу направляющего элемента 150 (например, до плоскости, определяемой дальним торцом 158 направляющего элемента 150). Кожух 110 может содержать зону 180 разделения, а именно, цилиндрическую зону внутри кожуха 110, ограниченную внутренней стенкой 112 и расположенную между направляющим элементом 150 и выходной трубой 130. Кожух 110 может содержать зону 190 накопителя, а именно пространство между внешней стенкой 132 выходной трубы 130 и внутренней стенкой 112 кожуха 110, простирающееся от ближнего конца 138 выходной трубы 130 до дальнего торца 118 кожуха 110.

В рассматриваемом варианте входной канал 120 присоединен к кожуху 110 таким образом, чтобы входящий газовый поток поступал в вихревую зону 170 кожуха 110 тангенциально и двигался, обтекая направляющий элемент 150, между направляющим элементом 150 и внутренней стенкой 112 кожуха 110.

- 3 017427

В рассматриваемом варианте поток обтекает направляющий элемент 150 в направлении, указанном стрелками 106, в результате чего создается вихрь, способствующий отделению твердых и/или жидких частиц от газового потока. Поток, движущийся вдоль внутренней стенки 112, одновременно движется в направлении выходной трубы 130 в дальней части 104 кожуха 110. В некоторых вариантах ближняя внутренняя стенка 122 входного канала 120 не параллельна дальней внутренней стенке 124 входного канала 120, в результате чего возникает некоторый угол 126 между стенками 122 и 124, как показано на фиг. 2. Благодаря этому углу 126 сечение входного канала 120 суживается в направлении кожуха 110, в результате чего скорость газового потока, когда он входит в кожух 110, увеличивается. Угол 126 также может способствовать направлению газового потока в сторону внутренней стенки 112 кожуха 110 и/или уменьшать турбулентность потока, когда он входит в кожух 110. В других вариантах стенки 122 и 124 входного канала практически параллельны друг другу.

По мере того как поток вращается внутри кожуха 110 и движется в направлении дальней части 104, он проходит по всей длине направляющего элемента 150 и входит в зону 180 разделения (например, определяемую зазором 160 между направляющим элементом 150 и выходной трубой 130). В зоне 180 разделения менее плотные компоненты потока (например, газы) перемещаются в направлении центральной оси кожуха 110, в то время как более плотные компоненты (например, жидкие и/или твердые частицы) продолжают вращаться вдоль внутренней стенки 112. Поток продолжает перемещаться в направлении дальней части 104, где газ, очищенный от большей части загрязнений, выходит через выходную трубу 130, а загрязняющие частицы поступают в зону 190 накопителя, и большая часть этих частиц оседает и аккумулируется в накопителе 140.

Циклон 100 может быть изготовлен из таких материалов, как нержавеющая сталь, акрил, полихлорвинил и/или другие подходящие материалы. В некоторых вариантах компоненты циклона 100 (например, кожух 110, входной канал 120, выходная труба 130 и другие) изготавливаются из оцинкованного листового металла, аналогично изготовлению частей систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Листовой металл может быть свернут трубой, и его края соединяют между собой для формирования цилиндрических компонентов (например, кожуха 110, выходной трубы 130 и других им подобных компонентов) и/или может быть подвергнут штамповке и сборке для формирования компонентов прямоугольного сечения, таких как входной канал 120. Благодаря доступности и сравнительно низкой стоимости оцинкованного листового металла стоимость изготовления циклона может быть сравнительно невысокой по сравнению с конструкциями, которые изготавливают с использованием более сложных производственных процессов и более дорогих материалов.

В некоторых вариантах конструкции циклона 100 была получена эффективность отделения частиц порядка 97%. Однако эффективность циклона может меняться в зависимости от характеристик частиц, отделяемых от потока входящего газа. Например, проводились испытания для одного из вариантов конструкции циклона 100, в которых частицы представляли собой монодисперсную пыль Ι8Ο 12103-1, А3 (средний размер частиц), производимую компанией Ро\\'йсг Тсе1шо1оду. 1пс., г. Бернсвилл, шт. Миннесота. Распределение частиц пыли было от 0,825 до 87,57 мкм со средней величиной диаметра, равной примерно 12,11 мкм. Большую часть частиц пыли (а именно, примерно 80%) составлял глинозем (8ίΟ₂). Относительный удельный вес пыли составлял примерно 2,65. В проведенных испытаниях эффективность составила примерно 97%, однако она может быть выше или ниже в зависимости от характеристик частиц пыли.

Циклон 100 может применяться в промышленных масштабах для отделения твердых и/или жидких частиц от потока газа. В некоторых вариантах циклон 100 может использоваться для предварительной фильтрации в различных фильтрах, таких как механические фильтры (например, волоконные и мешочные фильтры), химические фильтры (например, фильтры из активного угля), биологические фильтры и/или мокрые газоочистители. В указанных фильтрующих системах циклон 100 может использоваться для увеличения срока службы находящихся после него фильтров, которые могут быть более дорогими в эксплуатации по сравнению с циклоном, за счет удаления загрязняющих частиц до поступления потока газа в эти фильтры. В этих примерах использование предварительной фильтрации с помощью циклона может снизить эксплуатационные расходы для всей фильтрующей системы. Перед циклонным воздушным фильтром и/или после него могут устанавливаться различные фильтры, такие как устройства очистки с помощью УФ-излучения и/или генераторы озона (например, для уничтожения бактерий и/или вирусов). В других вариантах систем фильтрации циклонный воздушный фильтр может использоваться автономно.

Конкретные применения циклона включают его использование на электростанциях для снижения выбросов топочных газов, на химических заводах, на предприятиях обрабатывающей и перерабатывающей промышленности. Поскольку в некоторых вариантах конструкции циклона не используются физические среды или растворители для улавливания загрязнений, то частицы, получаемые на выходе циклона, могут эффективно удаляться или использоваться повторно.

Применение циклона в системе извлечения серы

В некоторых вариантах циклон 100 обеспечивает эффективное и экономичное извлечение загрязняющей серы из выбросов процесса грануляции серы. Циклон 100 способен извлекать не менее 98% всей

- 4 017427 выбрасываемой массы в зависимости от распределения размеров частиц, поступающих в циклон, то есть, обеспечивает характеристики очистки, аналогичные получаемым с использованием других технологий, таких как, например, мокрая очистка газа, однако с меньшими затратами. Некоторые варианты циклона 100 могут иметь срок службы, превышающий срок службы мокрых газоочистителей, в то время капитальные затраты составляют от трети до половины капитальных вложений, и эксплуатационные расходы составляют одну десятую от аналогичных величин затрат для мокрых газоочистителей.

На фигуре 4 приведена блок-схема системы 400 грануляции серы, содержащей циклон 100. Рассматриваемая схема системы 400 для наглядности дается в упрощенной форме, и в принципе система 400 может содержать и другие элементы. В этом примере системы 400 циклон 100 может использоваться для удаления загрязнений, содержащихся в выбросах процесса грануляции серы. В результате работы гранулятора 402 серы (показан на схеме просто блоком 402, однако он может состоять из нескольких модулей) могут выбрасываться отходящие газы, которые содержат некоторые частицы в больших концентрациях, чем это допускается нормативными документами. В некоторых случаях общее количество частиц в отработавших газах (например, в отработавших газах, которые выбрасываются в атмосферу) в соответствии с законодательством не должно превышать 50 мг/кг.

Отходящие газы из гранулятора 402 серы могут быть поданы во входной канал 120 циклона 100. Вытяжной вентилятор 404, расположенный по потоку после циклона 100, может создавать перепад давлений на циклоне 100, обеспечивая, соответственно, подачу в циклон 100 отходящих газов гранулятора 402 серы. Выходная труба 130 соединяется с выходным трубопроводом, который может быть присоединен к вентилятору 404 и/или к дымовой трубе 406, через которую выбрасываются очищенные отработавшие газы. В некоторых вариантах циклон 100 может уменьшать содержание загрязняющих частиц в потоке газа, выходящего из выходной трубы 130, ниже уровня 50 мг/кг. В рассматриваемом примере газ выбрасывается в атмосферу 408, хотя в других примерах отработавший газ может улавливаться и возвращаться для повторного использования, или подвергаться дальнейшей обработке, например, с использованием одного или нескольких дополнительных фильтров.

В некоторых вариантах в связи с предшествующей обработкой и температурой отходящих газов сера, содержащаяся в этих газах, поступающих во входной канал 120, может быть в жидкой и/или в твердой формах. Когда капельки жидкой серы, содержащиеся в отработавших газах, взаимодействуют с поверхностью (например, с внутренней стенкой 112 кожуха 110), температура которой ниже точки плавления серы (около 115°С), то эти капельки могут затвердевать и прилипать к такой поверхности, в результате чего могут формироваться нежелательные отложения. Поскольку циклон 100 может обеспечивать одновременное отделение от воздушного потока жидких и твердых частиц, то может быть целесообразно поддерживать серу в ее жидком состоянии, когда она находится в циклоне 100. Для этой цели поверхности, которые взаимодействуют с отработавшими газами, могут быть нагреты до температуры, превышающей точку плавления серы (например, до температуры, превышающей примерно 115°С). Поскольку в некоторых вариантах применения циклон 110 может подвергаться действию корродирующих загрязняющих частиц, таких как сера, или действию высоких температур, то он может быть изготовлен из материалов, которые могут противостоять действию тепла и/или коррозии, в частности из нержавеющей стали (например, 88316, 88304 и др.).

В некоторых вариантах одна или несколько поверхностей циклона, которые входят в контакт с отработавшими газами, такие как, например, внутренняя стенка 112 кожуха 110, внешняя стенка 132 выходной трубы 130, внешняя стенка 152 направляющего элемента 150, внутренние стенки накопителя 140, могут нагреваться. Для нагрева этих поверхностей могут использоваться различные технологии, например, покрытие поверхности электрическими элементами, размещение трубок, по которым циркулирует пар, или установка пластинчатых рубашек, в которых циркулирует пар, хотя возможно применение и других технологий.

На фиг. 5А и 5В представлен вариант циклона 100, в котором используется система 500 пластинчатой рубашки, предназначенной для нагрева поверхностей циклона 100. Система 500 с пластинчатой рубашкой содержит внутренние стенки, которые составляют одно целое с внутренними стенками циклона 100 (например, с внутренней стенкой 112, с внешней стенкой 132, с внутренней стенкой 141 и др.) и передают тепло этим стенкам. Система 500 включает внешние стенки 520 и внутреннюю полость 530 между внутренними стенками циклона 100 и внешними стенками 520. Слой 550 изоляции может предотвращать потери тепла в системе 500, обеспечивая направление тепла непосредственно на нужные места (например, внутренние стенки циклона 100). Нагретая среда, такая как пар, может подаваться через входные отверстия 560, проходить через внутреннюю полость 530 и выходить из выходных отверстий 570, обеспечивая нагрев системы 500 и окружающих поверхностей (например, до температуры, превышающей 115°С).

Система 500 с пластинчатой рубашкой может быть изготовлена из стали (например, оцинкованной или нержавеющей стали) и/или из других материалов, которые устойчивы к коррозии, которая может быть вызвана паром, и к высоким температурам. Система 500 с пластинчатой рубашкой может быть приобретена у одного из поставщиков, которые в соответствии с техническим заданием изготавливают специализированные пластинчатые нагревательные системы, такие как плоские змеевики, пластины с элек

- 5 017427 трическим подогревом и другие типы систем нагрева.

Когда отработавшие газы проходят через входной канал 120 и поступают в вихревую зону 170 кожуха 110, газ вращается вокруг направляющего элемента 150 и перемещается в направлении дальнего конца 104 кожуха 110. Более плотные частицы, такие как твердые и жидкие частицы (например, капельки жидкой серы), перемещаются ближе к внутренней стенке 112, а частицы с меньшей плотностью, такие как газы, будут находиться ближе к направляющему элементу 150. Когда поток перемещается в зону 180 разделения, газы перемещаются в направлении центральной оси кожуха 110, а твердые и жидкие частицы находятся возле внутренней стенки 112, причем они продолжают вращаться внутри кожуха 110 и перемещаться в направлении дальней части 104. Газ, очищенный от большей части загрязняющих примесей, выходит из кожуха 110 через выходную трубу 130 и направляется в дымовую трубу 406. Частицы загрязнений двигаются по спирали вдоль внутренней стенки 112 в направлении дальней части 104 кожуха, где они собираются в накопителе 140.

В рассматриваемых здесь вариантах частицы, собранные в накопителе 140, могут выдерживаться при температуре, которая выше температуры плавления серы (а именно, температура накопителя может поддерживаться на уровне не ниже 115°С). Накопитель 140 может быть снабжен выходным отверстием 141 (например, в нижней части накопителя 140), обеспечивающим возможность разгрузки содержимого накопителя. В рассматриваемом варианте системы 400 выходное отверстие 141 прежде всего предназначено для утилизации жидкой серы, отделенной от отработавших газов. Сера из накопителя 140 направляется в резервуар 410 хранения и подачи серы, из которого сера снова подается в гранулятор 402 серы. Однако в других вариантах извлеченная сера может удаляться или использоваться иным образом для других целей.

Вариант горизонтального циклона

Как показано на фиг. 6, в некоторых вариантах циклон 600 может быть расположен таким образом, что ось кожуха 610 ориентирована примерно горизонтально в отличие от вертикального расположения, показанного на фиг. 1. Как и в других рассмотренных вариантах, поток входного газа поступает в кожух 610 через входной канал 620, где завихряется вокруг направляющего элемента 650 и двигается в направлении дальней части 604. Под совместным действием силы тяжести и центробежной силы загрязняющие частицы оседают в накопитель 640, в котором они аккумулируются, в то время как газ, очищенный от большей части загрязнений, выходит через выходную трубу 630. Как можно видеть на фиг. 6, в варианте горизонтального расположения циклона выходная труба 641 накопителя ориентирована примерно вертикально, так что сила тяжести способствует выгрузке твердых и/или жидких частиц из накопителя 640.

Так же, как и в случае вертикального расположений циклона, для повышения эффективности работы циклона отношение величины зазора 660 между направляющим элементом 650 и выходной трубой 630 к величине внутреннего диаметра 614 кожуха находится в диапазоне от примерно 0,4 до примерно 0,8. Отношение длины 636 к величине внутреннего диаметра 614 накопителя 640 примерно равно или превышает 1,5.

Вариант циклона с лопатками

На фиг. 7 представлен другой вариант предлагаемого в изобретении циклона 700. В некоторых вариантах циклон 700 может содержать входной канал 720, ориентированный по оси кожуха 710, так что поток входного газа может проходить прямолинейно в кожух 710. Внутри входного канала 720 установлены лопатки 725, которые отклоняют поток входного газа, заставляя его вращаться вокруг направляющего элемента 750, в результате чего создается эффект циклона. Если лопатки 725 используются вместо тангенциального направления входного канала, то в общем случае эффективность такого циклона будет ниже порядка 80% вместо 97%. Однако достоинством этого варианта является то, что циклон 700 работает с меньшим расходом энергии, поскольку в этом случае для продвижения потока газа через циклон 700 требуется меньше энергии по сравнению с вариантом тангенциально направленного потока.

Как и в случае уже описанных вариантов поток газа вращается вдоль внутренней стенки 712 в кожух 710 и одновременно перемещается от ближней части 702 в направлении дальней части 704. После входа в зону 770 разделения более легкие газы выталкиваются к центральной оси кожуха 710 и проходят в выходную трубу 730, а загрязняющие частицы вращаются вдоль внутренней стенки 712 и поступают в накопитель 740. Так же, как и в случае предыдущих вариантов, для повышения эффективности работы циклона отношение величины зазора 760 между направляющим элементом 750 и выходной трубой 730 к величине внутреннего диаметра 714 кожуха находится в диапазоне от примерно 0,4 до примерно 0,8. Отношение длины 736 накопителя 740 к величине внутреннего диаметра 714 примерно равно или превышает 1,5.

Экспериментальные образцы циклона

В настоящем описании уже указывались некоторые соотношения размеров частей циклона 100. В частности, отношение величины зазора к величине внутреннего диаметра кожуха составляет примерно 0,4-0,8, и длина бункера примерно в 1,5 и более раз превышает внутренний диаметр кожуха. В одном из конкретных вариантов части циклона 100 имеют следующие размеры:

внутренний диаметр (Ό) 114 = 9,5 дюйма;

входной канал 120: ширина 128 = 7,25 дюйма, глубина 127 = 1,25 дюйма;

- 6 017427 направляющий элемент 150: диаметр 154 = 7,0 дюймов, длина 156 = 6,0 дюймов;

выходная труба 130: диаметр 154 = 7,0 дюймов, длина 156 = 25 дюймов;

зазор: для целей экспериментов величину зазора можно было регулировать, так что можно было определить оптимальный диапазон величин зазора;

накопитель: для целей экспериментов длину накопителя можно было регулировать, так что можно было определить оптимальный диапазон длин зазора;

общая длина кожуха - 5,6 фута.

Был изготовлен первый опытный образец циклона 100 с вышеуказанными размерами, на котором были проведены испытания и получены определенные результаты. После выходной трубы 130 (по ходу потока) располагался вытяжной вентилятор, работающий с такой скоростью, что скорость потока газа во входном канале 120 составляла от 0 до примерно 20 м/с с расходом от 0 до примерно 700 м³/ч. Падение давления на циклоне составляло от 0 до примерно 3,0 кПа. В испытаниях использовалась пыль с распределением размеров частиц от 0,825 до 87,5 мкм и средним диаметром 12,11 мкм, для которой эффективность работы опытного образца циклона по очистке потока газа составила 98%.

Был изготовлен второй опытный образец циклона, размеры которого были в три раза больше размеров первого образца, и были проведены промышленные испытания этого второго образца по извлечению серы из отходящих газов. Второй опытный образец представлял собой полномасштабную установку, пригодную для указанного применения. Части этого опытного образца имели следующие размеры: внутренний диаметр (Ό) 114 = 14 дюймов;

входной канал 120: ширина 128 = 3 дюйма, глубина 127 = 17 дюймов; направляющий элемент 150: диаметр 154 = 14 дюймов, длина 156 = 26 дюймов; выходная труба 130: диаметр 154 = 20 дюймов, длина 156 = 65 дюймов;

зазор: длина = 10 дюймов; накопитель: длина = 22 дюйма; общая длина кожуха = 65 дюймов.

Полномасштабный образец был изготовлен из листовой нержавеющей стали. На кожух циклона был намотан паровой трубопровод, обеспечивающий нагрев циклона паром под давлением 2 бара. Нагрев позволял поддерживать серу, аккумулируемую в накопителе, в жидком состоянии, в результате чего предотвращалось затвердевание частиц серы и забивание ими циклона. В одном из экспериментальных вариантов температура потока входного газа во входном канале 120 составляла примерно 75°С. В результате испытаний было получено, что циклон успешно обеспечивал снижение уровня выбросов до уровня 50 мг/кг и менее. Расход потока составлял примерно 9000 м/ч.

Вариант циклона с обратным потоком

На фиг. 8А представлен один из вариантов циклона 800 с обратным потоком. Циклон 800 содержит цилиндрический кожух 810. Ближняя часть 802 циклона 800 содержит входной канал 820, внутреннее пространство которого сообщается с внутренним пространством кожуха 810, и через этот канал смесь газов, жидких и/или твердых частиц поступает в кожух 810. Входной канал 820 может быть ориентирован тангенциально для содействия созданию вихря внутри кожуха 810. Циклон 800 снабжен выходной трубой 830, также расположенной в ближней части 802, причем эта труба может иметь круговое поперечное сечение и быть соосной с кожухом 810. Внутреннее пространство выходной трубы 830 сообщается с внутренним пространством кожуха 810, и газ, очищенный от большей части загрязняющих частиц, может выходить через нее из кожуха 810.

В дальней части 804 циклона 800 имеется кольцевой накопитель 840. Накопитель 840 сформирован направляющим элементом 850 и внутренней стенкой кожуха и сообщается с внутренним пространством кожуха 810. По мере того как частицы отделяются от газового потока в кожухе 810, они могут аккумулироваться в накопителе 840, в то время как газ, очищенный от большей части загрязнений, выходит через выходную трубу 830. В некоторых вариантах конструкции циклона 800 накопитель 840 может сообщаться с дополнительным оборудованием, в котором может осуществляться последующая обработка частиц (например, сбор частиц и подготовка их для повторного использования).

Поток входного газа поступает во входной канал 820 и закручивается вокруг внешней поверхности выходной трубы 830 и затем вокруг направляющего элемента 850, так что частицы накапливаются и оседают в накопителе 840. Дальний конец кожуха 810 закрыт, и поэтому поток газа движется назад в ту сторону, с которой он поступил в кожух 810, и выходит через выходную трубу 830. Величина зазора 860 между началом выходной трубы 830 и закрытым концом направляющего элемента 850 находится в диапазоне от примерно 0,4 х Ό до примерно 0,8 х Ό, где Ό - внутренний диаметр кожуха 810. Длина накопителя 840 равна по меньшей мере 1,5 х Ό. На фиг. 8А показано, что направляющий элемент 850 сплошной. Однако необходимо понимать, что направляющий элемент 850 может быть полым или может иметь другую форму, однако в любом случае его торец, обращенный в сторону выходной трубы 830 должен быть закрытым.

На фиг. 8В представлен один из вариантов циклона 800' с обратным потоком, во входном канале которого установлены лопатки 825'. Размеры и положение лопаток 825' в разных вариантах конструкции

- 7 017427 циклона могут быть различными. Однако в любом таком варианте лопатки 825' устанавливаются на пути потока входящего газа.

Так же, как в циклоне, вид которого представлен на фиг. 8А, циклон 800' содержит цилиндрический кожух 810'. Ближняя часть 802' циклона 800' содержит входной канал 820', через который смесь газов, жидких и/или твердых частиц поступает в кожух 810'. Циклон 800' снабжен выходной трубой 830' в ближней части 802', причем эта труба может иметь круговое поперечное сечение и может быть соосной с кожухом 810'. Внутреннее пространство выходной трубы 830' сообщается с внутренним пространством кожуха 810', и газ, очищенный от большей части загрязняющих частиц, может выходить через нее из кожуха 810'.

В дальней части 804' циклона 800' имеется кольцевой накопитель 840'. Накопитель 840' сформирован направляющим элементом 850' и внутренней стенкой кожуха и сообщается с внутренним пространством кожуха 810'. По мере того как частицы отделяются от газового потока в кожухе 810', они могут аккумулироваться в накопителе 840', в то время как газ, очищенный от большей части загрязнений, выходит через выходную трубу 830'. В некоторых вариантах конструкции циклона 800' накопитель 840' может сообщаться с дополнительным оборудованием, в котором может осуществляться последующая обработка частиц (например, сбор частиц и подготовка их для повторного использования).

Поток входного газа поступает во входной канал 820' и закручивается вокруг внешней поверхности выходной трубы 830' и затем вокруг направляющего элемента 850', так что частицы накапливаются и оседают в накопителе 840'. Дальний конец кожуха 810' закрыт, и поэтому поток газа движется назад в ту сторону, с которой он поступил в кожух 810', и выходит через выходную трубу 830'. Величина зазора 860' между началом выходной трубы 830' и закрытым концом направляющего элемента 850' находится в диапазоне от примерно 0,4 х Ό до примерно 0,8 х Ό, где Ό - внутренний диаметр кожуха 810'. Длина накопителя 840' равна по меньшей мере 1,5 х Ό. На фиг. 8В показано, что направляющий элемент 850' сплошной. Однако необходимо понимать, что направляющий элемент 850' может быть полым или может иметь другую форму, однако в любом случае его торец, обращенный в сторону выходной трубы 830', должен быть закрытым.

Другие варианты конструкции циклона

В некоторых вариантах конструкции циклона направляющий элемент 150 и/или выходная труба 130 могут скользить в кожухе 110 в продольном направлении. В этом случае можно регулировать внутри кожуха длину направляющего элемента 150 и длину выходной трубы 130 и, соответственно длину накопителя и/или величину зазора 160. Это регулирование может использоваться для подстройки характеристик циклона 100 к его конкретным применениям (например, регулировка зазора 160 в зависимости от распределения размеров загрязняющих частиц).

В описании было рассмотрено несколько вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако необходимо понимать, что могут быть осуществлены и другие варианты без выхода за пределы сущности и объема изобретения. Соответственно, другие варианты охватываются объемом, определяемым нижеприведенной формулой.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Циклон, содержащий цилиндрический кожух с внутренним диаметром Ό;

входной канал возле первого конца кожуха;

направляющий элемент, расположенный внутри первого конца кожуха соосно с ним; и выходную трубу, расположенную во втором конце кожуха и отходящую от него, причем выходная труба, по существу, соосна со вторым концом кожуха;

кольцевой накопитель, сформированный между выходной трубой и внутренней стенкой кожуха для сбора частиц, отделенных от потока входящего газа;

причем величина зазора между направляющим элементом и выходной трубой находится в диапазоне от примерно 0,4 х Ό до примерно 0,8 х Ό, и длина накопителя примерно равна 1,5 х Ό или превышает эту величину.
2. Циклон по п.1, в котором входной канал направлен тангенциально относительно первого конца кожуха.
3. Циклон по п.1, в котором циклон содержит дополнительно группу лопаток, установленных в первом конце кожуха.
4. Циклон по п.1, в котором входной канал предназначен для подачи в него газа, содержащего капельки серы, причем циклон содержит дополнительно паровую рубашку, охватывающую внешнюю поверхность кожуха и предназначенную для поддержания такой температуры внутри циклона, чтобы капельки серы поддерживались в жидком состоянии.
5. Циклон по п.1, в котором длина направляющего элемента находится в диапазоне от примерно 0,15 х Ό до примерно 1,0 х Ό.
6. Циклон по п.1, в котором направляющий элемент и/или выходная труба могут быть подвижными

- 8 017427 внутри кожуха так, что величину зазора между ними можно регулировать.
7. Циклон по п.1, в котором выходная труба выполнена с возможностью перемещения внутри кожуха так, что длину накопителя можно регулировать.
8. Система грануляции серы, содержащая гранулятор серы, подсоединенный к циклону, причем отходящий газ гранулятора поступает во входной канал циклона;

циклон, содержащий цилиндрический кожух с внутренним диаметром Ό;

входной канал возле первого конца кожуха;

направляющий элемент, расположенный внутри первого конца кожуха соосно с ним; и выходную трубу, расположенную во втором конце кожуха и отходящую от него, причем выходная труба, по существу, соосна со вторым концом кожуха;

кольцевой накопитель, сформированный между выходной трубой и внутренней стенкой кожуха для сбора частиц, отделенных от потока входящего газа;

причем величина зазора между направляющим элементом и выходной трубой находится в диапазоне от примерно 0,4 х Ό до примерно 0,8 х Ό, и длина накопителя примерно равна 1,5 х Ό или превышает эту величину;

вентилятор, расположенный по ходу потока после выходной трубы и сообщающийся с ней так, что отходящие газы вытягиваются через циклон.
9. Система по п.8, которая содержит дополнительно паровую рубашку, охватывающую внешнюю поверхность кожуха и предназначенную для поддержания такой температуры внутри циклона, чтобы капельки серы, отделенные от отходящих газов, поддерживались в жидком состоянии.
10. Система по п.8, которая содержит дополнительно дымовую трубу, расположенную по ходу потока после выходной трубы и сообщающуюся с ней, причем газ, выходящий из выходной трубы, выпускается через дымовую трубу в атмосферу.
11. Система по п.8, в которой накопитель циклона содержит выходную трубу накопителя, и жидкая сера, собранная в накопителе, транспортируется из циклона через выходную трубу накопителя для последующей подачи в гранулятор серы.
12. Циклон, содержащий цилиндрический кожух с внутренним диаметром Ό;

входной канал возле первого конца кожуха;

направляющий элемент, расположенный внутри второго конца кожуха соосно с ним; и выходную трубу, расположенную в первом конце кожуха и отходящую от него, причем выходная труба, по существу, соосна с кожухом;

кольцевой накопитель, сформированный между направляющим элементом и внутренней стенкой кожуха для сбора частиц, отделенных от потока входящего газа;

причем величина зазора между направляющим элементом и выходной трубой находится в диапазоне от примерно 0,4 х Ό до примерно 0,8 х Ό, и длина накопителя примерно равна 1,5 х Ό или превышает эту величину.
13. Циклон по п.12, в котором входной канал направлен тангенциально относительно первого конца кожуха.
14. Циклон по п.12, в котором циклон содержит дополнительно группу лопаток, установленных во входном канале на первом конце кожуха.
15. Циклон по п.12, в котором входной канал устроен с возможностью подачи в него газа, содержащего капельки серы, причем циклон содержит дополнительно паровую рубашку, охватывающую внешнюю поверхность кожуха и предназначенную для поддержания такой температуры внутри циклона, чтобы капельки серы поддерживались в жидком состоянии.
16. Циклон по п.12, в котором длина направляющего элемента находится в диапазоне от примерно 0,15 х Ό до примерно 1,0 х Ό.
17. Циклон по п.12, в котором направляющий элемент и/или выходная труба выполнена с возможностью перемещения внутри кожуха так, что величину зазора между ними можно регулировать.