EA046047B1 - CYCLONE EVAPORATOR AND ASSOCIATED SEPARATION METHOD - Google Patents
CYCLONE EVAPORATOR AND ASSOCIATED SEPARATION METHOD Download PDFInfo
- Publication number
- EA046047B1 EA046047B1 EA201991201 EA046047B1 EA 046047 B1 EA046047 B1 EA 046047B1 EA 201991201 EA201991201 EA 201991201 EA 046047 B1 EA046047 B1 EA 046047B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- gas
- evaporation chamber
- fluid
- chamber
- evaporation
- Prior art date
Links
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims description 14
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 107
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 101
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 95
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 28
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 2
- 244000287680 Garcinia dulcis Species 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 137
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 23
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 11
- 239000003570 air Substances 0.000 description 8
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000149 chemical water pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000010796 biological waste Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Description
Область технического примененияField of technical application
Настоящее изобретение относится к отделению и (или) испарению текучих сред и твердых веществ, в частности к циклонному испарителю и связанному с ним способу отделения.The present invention relates to the separation and/or evaporation of fluids and solids, in particular to a cyclone evaporator and associated separation method.
Уровень техникиState of the art
Глубокое захоронение отходов на полигонах (особенно биологических отходов, которые разлагаются в анаэробных условиях) приводит к выделению газа и жидкости с неприятным запахом. Газ, как правило, представляет собой горючий углеводород с короткой цепью, а жидкость (в дальнейшем именуемая фильтрат) во многом зависит от типа отходов, захороненных на полигоне. Приблизительно 9597% такой жидкости составляет вода, а оставшаяся часть с трудом поддается количественной оценке без тщательного химического анализа. Наиболее важной и очевидной проблемой, связанной с фильтратом, является загрязнение грунтовых вод и перенос вредных веществ с полигона отходов в расположенные рядом колодцы с питьевой водой.Deep burial of waste in landfills (especially biological waste that decomposes under anaerobic conditions) leads to the release of gas and liquid with an unpleasant odor. The gas is typically a short-chain flammable hydrocarbon, and the liquid (hereinafter referred to as leachate) largely depends on the type of waste disposed of in the landfill. Approximately 9597% of this liquid is water, and the remainder is difficult to quantify without careful chemical analysis. The most important and obvious problem associated with leachate is the contamination of groundwater and the transfer of harmful substances from the waste site to nearby drinking water wells.
Отделение твердых частиц от жидкостей обычно осуществляется путем фильтрации, и в большинстве случаев для этих целей используется так называемый метод обратного осмоса (00). Однако уровень загрязнения фильтрата, поступающего с полигонов отходов, как правило, настолько высок, что фильтры тонкой очистки очень быстро засоряются. Во избежание данной проблемы требуется реализация нескольких этапов предварительной фильтрации. Сложная система фильтров и насосов приводит к высоким капитальным и эксплуатационным затратам, а также предусматривает необходимость обслуживания оборудования на большой территории.The separation of solids from liquids is usually accomplished by filtration, and in most cases the so-called reverse osmosis (00) method is used for this purpose. However, the level of contamination of leachate coming from landfills is usually so high that fine filters become clogged very quickly. To avoid this problem, several stages of pre-filtering are required. A complex system of filters and pumps leads to high capital and operating costs, and also requires equipment to be maintained over a large area.
Другим известным способом удаления твердых частиц из потока воздуха, газа или жидкости без использования фильтров является циклонное отделение. Для удаления твердых частиц из жидкости используется гидроциклон, а для удаления твердых частиц из газа - газовый циклон. Отделение различных частиц от текучих сред или газов осуществляется за счет вращательных эффектов, включая завихренность, центростремительную силу и (или) силу тяжести. Данный способ может также использоваться для удаления мелких капель жидкости из потока газа.Another known method for removing solid particles from an air, gas or liquid stream without the use of filters is cyclone separation. A hydrocyclone is used to remove solids from a liquid and a gas cyclone is used to remove solids from a gas. The separation of various particles from fluids or gases is accomplished by rotational effects including vorticity, centripetal force, and/or gravity. This method can also be used to remove small liquid droplets from a gas stream.
В округлом сосуде симметричной (например, цилиндрической, конической или сферической) формы, известном под названием циклон, создается высокоскоростной вращающийся поток воздуха. Воздух поступает в циклон по касательной, что обеспечивает спиральное движение от второго (как правило, широкого) конца циклона к первому (более узкому) концу с формированием прямого потока, выходящего через центр циклона. Частицы с большей инерцией отклоняются от траектории вращающегося (вихревого) потока, ударяются о наружную стенку сосуда и падают в нижнюю часть циклона, откуда они могут быть удалены. Один из таких циклонных испарителей описан в патенте США № 6958107.A high-speed rotating air stream is created in a round vessel of symmetrical (for example, cylindrical, conical or spherical) shape, known as a cyclone. Air enters the cyclone tangentially, which provides a spiral movement from the second (usually wide) end of the cyclone to the first (narrower) end, forming a direct flow exiting through the center of the cyclone. Particles with greater inertia deviate from the trajectory of the rotating (vortex) flow, strike the outer wall of the vessel and fall into the lower part of the cyclone, from where they can be removed. One such cyclone evaporator is described in US Patent No. 6,958,107.
Движение вращающегося потока к узкому концу циклона в конической системе сопровождается уменьшением радиуса вращения потока, что обеспечивает отделение все более мелких частиц. Эффективный размер удаляемых частиц (т.е. размер, при котором эффективность удаления частиц из потока составляет 50%) определяется геометрическими характеристиками циклона и объемным расходом. Частицы большего размера удаляются с большей эффективностью, а частицы меньшего размера - с меньшей эффективностью, поскольку они отделяются от потока сложнее или могут быть повторно вовлечены в вихревой поток воздуха при изменении направления движения в сторону выпускного канала.The movement of the rotating flow towards the narrow end of the cyclone in a conical system is accompanied by a decrease in the radius of rotation of the flow, which ensures the separation of increasingly smaller particles. The effective size of particles removed (i.e., the size at which the particle removal efficiency from the stream is 50%) is determined by the geometric characteristics of the cyclone and the volumetric flow rate. Larger particles are removed more efficiently, while smaller particles are removed less efficiently because they are more difficult to separate from the flow or may be re-entrained in the vortex air flow when the direction of movement towards the outlet channel is changed.
В рамках дальнейшего усовершенствования данной системы в циклоне альтернативной конструкции используется вторичный поток воздуха, предназначенный для защиты стенок от ударов частиц во избежание истирания и засорения. Первичный поток воздуха, содержащий твердые частицы, поступает в нижнюю часть циклона и движется по спирали за счет неподвижных спиральных лопастей. Вторичный поток воздуха поступает в верхнюю часть циклона и движется по направлению к нижней части, захватывая твердые частицы, содержащиеся в первичном потоке воздуха.As a further development of this system, an alternative cyclone design uses a secondary air flow to protect the walls from particle impact to prevent abrasion and clogging. The primary air stream containing solid particles enters the lower part of the cyclone and moves in a spiral due to the stationary spiral blades. The secondary air stream enters the top of the cyclone and moves towards the bottom, picking up solid particles contained in the primary air stream.
Тем не менее, все известные способы и системы используются для отделения сухих и твердых частиц от газов. Попытки отделения компонентов текучих сред (например, фильтрата с полигона отходов) ранее не предпринимались. Таким образом, сегодня существует потребность в разработке устройства и способа отделения компонентов текучих сред.However, all known methods and systems are used to separate dry and solid particles from gases. No previous attempts have been made to separate fluid components (eg, landfill leachate). Thus, today there is a need to develop a device and method for separating fluid components.
Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention
Целью настоящего изобретения является разработка решения, обеспечивающего возможность использования указанных преимуществ. Данная цель достигается путем реализации первого аспекта настоящего изобретения, в рамках которого предлагается циклонный испаритель для отделения компонентов текучей среды. Данная система состоит из испарительной камеры, имеющей впускной канал для текучей среды, предназначенный для подачи текучей среды, первый впускной канал для газа, расположенный в первой части испарительной камеры и предназначенный для подачи первого потока газа, и второй впускной канал для газа, расположенный во второй части испарительной камеры и предназначенный для подачи второго потока газа, при этом второй впускной канал для газа располагается под косым углом к испарительной камере для обеспечения движения второго потока газа по спирали к первой части испарительной камеры, первый впускной канал для газа располагается коаксиально продольной оси испарительной камеры для обеспечения движения первого потока газа по оси ко второй части испарительной камеры, а испарительная камера имеет выпускной канал на первом конце испарительной камеры дляThe purpose of the present invention is to develop a solution that makes it possible to take advantage of these advantages. This object is achieved by implementing the first aspect of the present invention, which provides a cyclonic evaporator for separating fluid components. This system consists of a flash chamber having a fluid inlet port for supplying fluid, a first gas inlet port located in a first portion of the vapor chamber and configured to supply a first gas stream, and a second gas inlet port located in a second portion of the vapor chamber. part of the evaporation chamber and designed to supply a second gas flow, wherein the second gas inlet channel is located at an oblique angle to the evaporation chamber to ensure the movement of the second gas flow in a spiral to the first part of the evaporation chamber, the first gas inlet channel is located coaxially with the longitudinal axis of the evaporation chamber to cause the first gas flow to move axially towards the second part of the evaporation chamber, and the evaporation chamber has an outlet port at the first end of the evaporation chamber for
- 1 046047 обеспечения удаления твердых компонентов, отделенных от текучей среды и выпускной канал, расположенный во второй части и предназначенный для удаления испарившейся текучей среды.- 1 046047 ensuring the removal of solid components separated from the fluid and an outlet channel located in the second part and designed to remove the evaporated fluid.
Настоящее изобретение предусматривает наличие не менее двух впускных каналов для газа. Первый впускной канал для газа располагается в первой (например, нижней) части испарительной камеры, в которую через впускной канал для текучей среды также поступает текучая среда. Первый поток газа подается в испарительную камеру через первый впускной канал для газа со скоростью от средней до высокой. Второй впускной канал для газа располагается во второй (например, верхней) части испарительной камеры и используется для подачи второго потока газа в испарительную камеру под косым углом. Второй поток газа поступает в систему с угловой скоростью от средней до высокой, создавая турбулентный вихрь при движении по спирали к первому концу испарительной камеры.The present invention provides for at least two gas inlet ports. The first gas inlet is located in a first (eg, lower) portion of the vaporization chamber, which also receives fluid through the fluid inlet. The first gas stream is supplied to the flash chamber through the first gas inlet passage at a medium to high velocity. A second gas inlet is located in a second (eg, upper) portion of the flash chamber and is used to introduce a second gas stream into the flash chamber at an oblique angle. The second gas stream enters the system at a moderate to high angular velocity, creating a turbulent vortex as it spirals toward the first end of the vaporization chamber.
Капли текучей среды будут удерживаться в центре первого потока газа вдоль продольной оси испарительной камеры за счет разницы скоростей первого и второго потоков газа. При этом твердые компоненты, содержащиеся в текучей среде, будут вытесняться (после испарения) из первого потока газа во второй поток газа (ближе ко второй части испарительной камеры) за счет изменения полей скоростей и давлений с переходом от полного удержания к постепенному отделению. Испарившаяся текучая среда (в газообразном состоянии) будет выходить из испарительной камеры через выпускной канал во второй части, а твердые компоненты будут захватываться вторым потоком газа и переноситься к первому концу испарительной камеры для сбора и утилизации.The fluid droplets will be held in the center of the first gas flow along the longitudinal axis of the evaporation chamber due to the difference in the velocities of the first and second gas flows. In this case, the solid components contained in the fluid will be displaced (after evaporation) from the first gas stream into the second gas stream (closer to the second part of the evaporation chamber) due to changes in the velocity and pressure fields with the transition from complete retention to gradual separation. The evaporated fluid (in gaseous state) will exit the vaporization chamber through an outlet port in the second part, and the solid components will be entrained in the second gas stream and carried to the first end of the vaporization chamber for collection and disposal.
Циклонный испаритель в рамках настоящего изобретения характеризуется нейтральным обратным давлением и представляет собой простое, эффективное и малозатратное решение для испарения текучей среды. Испарительная камера характеризуется отсутствием движущихся частей и использует противонаправленный поток для удержания испарившейся текучей среды вдоль продольной оси испарительной камеры и предотвращения риска образования отложений на стенках.The cyclone evaporator of the present invention is characterized by neutral back pressure and provides a simple, effective and low cost solution for evaporating fluid. The flash chamber has no moving parts and uses counter-flow to keep the evaporated fluid along the longitudinal axis of the flash chamber and prevent the risk of deposits forming on the walls.
В преимущественном варианте реализации настоящего изобретения концевая часть первого впускного канала для газа имеет площадь поперечного сечения, увеличивающуюся в направлении движения первого потока газа, т.е. отверстие первого впускного канала для газа постепенно расширяется в направлении внутренней части испарительной камеры для обеспечения движения первого потока газа по направлению ко второй части вдоль продольной оси испарительной камеры. Таким образом, увеличение площади поперечного сечения первого канала для газа способствует уменьшению скорости первого потока газа до желаемого оптимального значения (например, в зависимости от расхода, температуры и состава газа).In an advantageous embodiment of the present invention, the end portion of the first gas inlet channel has a cross-sectional area that increases in the direction of movement of the first gas flow, i.e. the opening of the first gas inlet port is gradually widened toward the interior of the vaporization chamber to allow the first gas flow to flow toward the second portion along the longitudinal axis of the vaporization chamber. Thus, increasing the cross-sectional area of the first gas channel helps to reduce the speed of the first gas flow to a desired optimal value (eg, depending on the flow rate, temperature and composition of the gas).
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения впускной канал для текучей среды имеет одну или несколько форсунок, предназначенных для впрыскивания текучей среды в первый поток газа. Желательно, чтобы первый впускной канал для газа также имел одну или несколько форсунок. Распыление текучей среды обеспечивает образование тумана, состоящего из мелких капель, что гарантирует и ускоряет процесс испарения при подаче капель в первый поток газа.In a preferred embodiment of the present invention, the fluid inlet passage has one or more injectors configured to inject fluid into the first gas stream. It is desirable that the first gas inlet also has one or more injectors. Atomization of the fluid provides the formation of a mist consisting of small droplets, which guarantees and accelerates the evaporation process when the droplets are supplied to the first gas stream.
В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения впускной канал для текучей среды имеет манифольд, выполненный в виде кольцевой камеры, окружающей первый впускной канал для газа, при этом система имеет одну или несколько форсунок в сообщении по текучей среде с манифольдом. Данный манифольд предусматривает возможность предварительного нагрева текучей среды за счет теплообмена с первым впускным каналом для газа перед подачей в первый поток газа через форсунки, что повышает эффективность последующего испарения.In another preferred embodiment of the present invention, the fluid inlet port has a manifold configured as an annular chamber surrounding the first gas inlet port, the system having one or more injectors in fluid communication with the manifold. This manifold provides the ability to preheat the fluid by heat exchange with the first gas inlet before entering the first gas stream through the nozzles, thereby increasing the efficiency of subsequent evaporation.
В преимущественном варианте реализации настоящего изобретения испарительная камера имеет коническую форму с сужением по направлению к первому концу. Желательно, чтобы вторая часть испарительной камеры имела цилиндрическую форму, а первая часть - коническую форму. Геометрическая форма испарительной камеры влияет на изменение полей скоростей и давлений первого и второго потоков газа для контроля перехода от полного удержания к постепенному отделению испарившейся текучей среды и твердых компонентов, что обеспечивает оптимальное испарение.In an advantageous embodiment of the present invention, the evaporation chamber has a conical shape, tapering towards the first end. It is desirable that the second part of the evaporation chamber has a cylindrical shape, and the first part has a conical shape. The geometric shape of the evaporation chamber influences the variation of the velocity and pressure fields of the first and second gas streams to control the transition from complete retention to the gradual separation of evaporated fluid and solid components, which ensures optimal evaporation.
В альтернативном варианте реализации настоящего изобретения первая и вторая части испарительной камеры имеют коническую форму с сужением по направлению к первому и второму концам испарительной камеры соответственно. Данная конфигурация обеспечивает более быстрое увеличение разницы между полями скоростей первого и второго потоков газа и способствует отделению испарившейся текучей среды и твердых компонентов, а также предусматривает возможность уменьшения размера испарительной камеры.In an alternative embodiment of the present invention, the first and second portions of the vaporization chamber are conical in shape, tapering toward the first and second ends of the vaporization chamber, respectively. This configuration provides a more rapid increase in the difference between the velocity fields of the first and second gas streams and promotes the separation of evaporated fluid and solid components, and also provides the ability to reduce the size of the evaporation chamber.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения испарительная камера представляет собой сосуд, частично или полностью окруженный рубашкой, а текучая среда поступает в рубашку перед подачей в испарительную камеру через впускной канал для текучей среды. Текучая среда подается в испаритель через рубашку и предварительно нагревается, что одновременно способствует охлаждению наружных стенок испарителя для обеспечения безопасной работы.In a preferred embodiment of the present invention, the flash chamber is a vessel partially or completely surrounded by a jacket, and fluid enters the jacket before entering the flash chamber through a fluid inlet. The fluid is introduced into the evaporator through a jacket and is preheated, which simultaneously helps cool the outer walls of the evaporator to ensure safe operation.
В преимущественном варианте реализации настоящего изобретения циклонный испаритель дополнительно имеет термодатчик, предназначенный для измерения температуры текучей среды, и клапан, предназначенный для регулирования потока текучей среды на входе в испарительную камеру с учетомIn an advantageous embodiment of the present invention, the cyclone evaporator additionally has a temperature sensor for measuring the temperature of the fluid, and a valve for regulating the flow of fluid at the entrance to the evaporation chamber, taking into account
- 2 046047 измеренной температуры. Данное решение обеспечивает поддержание безопасной рабочей температуры текучей среды немного ниже точки кипения во избежание паровых взрывов между внутренней и наружной оболочками сосуда с рубашкой (например, за счет приводного клапана и возвратного трубопровода, идущего к источнику текучей среды).- 2 046047 measured temperature. This solution maintains a safe operating temperature of the fluid just below the boiling point to avoid steam explosions between the inner and outer shells of the jacketed vessel (for example, due to the actuator valve and return piping to the fluid source).
В альтернативном варианте реализации настоящего изобретения циклонный испаритель дополнительно имеет третий впускной канал для газа, расположенный рядом с выпускным каналом и предназначенный для подачи третьего потока газа. Третий поток газа увеличивает скорость удаления испарившейся текучей среды и обеспечивает дополнительное снижение обратного давления в испарителе.In an alternative embodiment of the present invention, the cyclonic evaporator further has a third gas inlet port located adjacent the outlet port for supplying a third gas stream. The third gas stream increases the rate of removal of evaporated fluid and provides an additional reduction in back pressure in the evaporator.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения циклонный испаритель дополнительно имеет коллектор, расположенный в первой части испарительной камеры и предназначенный для сбора твердых компонентов, отделенных от испарившейся текучей среды. В качестве коллектора может использоваться обычный контейнер или резервуар, расположенный рядом с первым концом испарительной камеры и предусматривающий возможность извлечения из циклонного испарителя. В альтернативном варианте испарительная камера имеет открытый первый конец для удаления отделенных твердых компонентов даже в процессе эксплуатации циклонного испарителя.In a preferred embodiment of the present invention, the cyclonic evaporator further has a collector located in the first part of the evaporation chamber and designed to collect solid components separated from the evaporated fluid. The collector may be a conventional container or reservoir located adjacent to the first end of the evaporation chamber and capable of being removed from the cyclone evaporator. Alternatively, the evaporation chamber has an open first end to remove separated solid components even during operation of the cyclone evaporator.
В рамках реализации второго аспекта настоящего изобретения предлагается способ отделения компонентов текучей среды посредством циклонного испарения в вышеупомянутом испарителе, включая:In implementing the second aspect of the present invention, there is provided a method for separating fluid components by cyclonic evaporation in the above-mentioned evaporator, including:
подачу текучей среды в испарительную камеру через впускной канал для текучей среды;supplying fluid to the evaporation chamber through a fluid inlet passage;
подачу первого потока газа в испарительную камеру через первый впускной канал для газа, расположенный в первой части испарительной камеры;supplying a first gas stream to the vaporization chamber through a first gas inlet port located in the first portion of the vaporization chamber;
подачу второго потока газа в испарительную камеру через второй впускной канал для газа, расположенный во второй части испарительной камеры под косым углом для обеспечения движения второго потока газа по спирали внутри испарительной камеры, при этом первый впускной канал для газа располагается коаксиально продольной оси испарительной камеры для обеспечения движения первого потока газа по оси внутри испарительной камеры; и удаление твердых компонентов из испарительной камеры через выпускной канал, расположенный в первой части;supplying a second gas flow into the evaporation chamber through a second gas inlet channel located in the second part of the evaporation chamber at an oblique angle to ensure the movement of the second gas flow in a spiral inside the evaporation chamber, while the first gas inlet channel is located coaxially with the longitudinal axis of the evaporation chamber to ensure movement of the first gas flow along the axis inside the evaporation chamber; and removing solid components from the evaporation chamber through an outlet channel located in the first part;
удаление испарившейся текучей среды из испарительной камеры через выпускной канал, расположенный во второй части.removing evaporated fluid from the evaporation chamber through an outlet channel located in the second part.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения текучая среда распыляется перед подачей в первый поток газа. Распыление текучей среды обеспечивает образование тумана, состоящего из мелких капель, что гарантирует и ускоряет процесс испарения при подаче капель в первый поток газа.In a preferred embodiment of the present invention, the fluid is atomized before being introduced into the first gas stream. Atomization of the fluid provides the formation of a mist consisting of small droplets, which guarantees and accelerates the evaporation process when the droplets are supplied to the first gas stream.
В преимущественном варианте реализации настоящего изобретения первый поток газа содержит горячий газ, а второй поток газа содержит окружающий воздух, нагнетаемый с помощью вентилятора, расположенного до второго впускного канала для газа. Например, в качестве горячего газа может применяться газ, образующийся при сгорании топлива, что обеспечивает возможность использования тепла отработанного газа для испарения текучей среды и отделения от нее твердых компонентов. Разница температур первого и второго потоков газа может использоваться для контроля удержания и отделения испарившейся текучей среды и твердых компонентов.In an advantageous embodiment of the present invention, the first gas stream contains hot gas and the second gas stream contains ambient air blown by a fan located upstream of the second gas inlet passage. For example, the hot gas may be gas generated by combustion of a fuel, allowing the heat of the exhaust gas to be used to vaporize the fluid and separate solid components from it. The temperature difference between the first and second gas streams can be used to control retention and separation of vaporized fluid and solid components.
В альтернативном варианте реализации настоящего изобретения первый и второй потоки газа содержат горячий газ из одного источника. Например, первый и второй потоки газа могут содержать отходящий газ, который перед подачей в испарительную камеру разделяется на отдельные потоки.In an alternative embodiment of the present invention, the first and second gas streams contain hot gas from the same source. For example, the first and second gas streams may contain exhaust gas that is separated into separate streams before being introduced into the flash chamber.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Ниже в качестве примера представлено описание изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи:Below, by way of example, is a description of the invention with reference to the accompanying drawings:
На фиг. 1 показан вид циклонного испарителя в перспективе в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения;In fig. 1 is a perspective view of a cyclonic evaporator in accordance with one embodiment of the present invention;
На фиг. 2 показан вид циклонного испарителя в перспективе с частичным вырезом в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения;In fig. 2 is a partially cut-away perspective view of a cyclonic evaporator in accordance with one embodiment of the present invention;
На фиг. 3А и 3В показаны виды впускных каналов для текучей среды и газа в перспективе и поперечном разрезе в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения;In fig. 3A and 3B show perspective and cross-sectional views of fluid and gas inlet passages in accordance with one embodiment of the present invention;
На фиг. 3С и 3D показаны виды впускных каналов для текучей среды и газа в поперечном разрезе в разобранном и собранном состоянии в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения;In fig. 3C and 3D show cross-sectional views of fluid and gas inlet passages in disassembled and assembled states in accordance with one embodiment of the present invention;
На фиг. 4 показан внутренний вид циклонного испарителя в перспективе с частичным вырезом в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения, включая схематическое изображение процессов испарения и отделения компонентов текучей среды;In fig. 4 is a partially cut-away internal perspective view of a cyclonic evaporator in accordance with one embodiment of the present invention, including a schematic representation of the evaporation and separation processes of fluid components;
На фиг. 5 показан вид отдельных компонентов испарительной камеры в разобранном состоянии в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения.In fig. 5 is an exploded view of the individual components of a vapor chamber in accordance with one embodiment of the present invention.
Описание вариантов реализации изобретенияDescription of embodiments of the invention
Ниже представлено подробное описание циклонного испарителя и способа испарения в соответствии с настоящим изобретением. На всех чертежах одинаковые или аналогичные элементы обозначеныBelow is a detailed description of the cyclone evaporator and the evaporation method in accordance with the present invention. In all drawings, the same or similar elements are indicated
- 3 046047 одинаковыми номерами позиций посредством нескольких рисунков. Необходимо понимать, что данные рисунки приведены исключительно в иллюстративных целях и никоим образом не ограничивают объем настоящего изобретения.- 3 046047 with the same item numbers through several drawings. It should be understood that these drawings are for illustrative purposes only and in no way limit the scope of the present invention.
Несмотря на то, что в примерах ниже рассматриваются возможные варианты реализации циклонного испарителя и способа испарения в отношении фильтрата с полигона отходов, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что циклонный испаритель и способ испарения в соответствии с настоящим изобретением можно использовать в отношении любой жидкости или текучей среды в рамках любого процесса отделения компонентов (например, растворимых или взвешенных твердых веществ).Although the examples below discuss possible implementations of the cyclone evaporator and evaporation method in relation to landfill leachate, it will be clear to those skilled in the art that the cyclone evaporator and evaporation method in accordance with the present invention can be used in relation to any liquid or fluid as part of any process for separating components (eg, soluble or suspended solids).
На фиг. 1 показан вид циклонного испарителя 1 в перспективе в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения. Испаритель состоит из испарительной камеры 10, в которую для отделения компонентов текучей среды вместе с текучей средой 21, подлежащей испарению, подаются два потока газа 31, 41, о чем подробно говорится ниже со ссылкой на фиг. 4. Для достижения указанной цели испарительная камера 10 имеет первый впускной канал для газа 30 и второй впускной канал для газа 40, а также впускной канал для текучей среды 20. Первый впускной канал для газа 30 располагается в первой части 11 испарительной камеры 10, которая в вертикальной конфигурации соответствует нижней части, а второй впускной канал для газа 40 располагается во второй части 12 испарительной камеры 10, которая в вертикальной конфигурации соответствует верхней части. Кроме того, испарительная камера 10 имеет выпускной канал 50, расположенный во второй части 12 и предназначенный для удаления испарившейся текучей среды. Тем не менее, циклонный испаритель 1 также может использоваться в горизонтальной конфигурации с внесением незначительных изменений в конструкцию испарительной камеры 10.In fig. 1 is a perspective view of a cyclone evaporator 1 in accordance with one embodiment of the present invention. The evaporator consists of an evaporation chamber 10 into which two gas streams 31, 41 are supplied to separate the fluid components together with the fluid 21 to be evaporated, as discussed in detail below with reference to FIGS. 4. To achieve this purpose, the vaporization chamber 10 has a first gas inlet passage 30 and a second gas inlet passage 40, as well as a fluid inlet passage 20. The first gas inlet passage 30 is located in the first part 11 of the vaporization chamber 10, which is the vertical configuration corresponds to the lower part, and the second gas inlet 40 is located in the second part 12 of the vaporization chamber 10, which corresponds to the upper part in the vertical configuration. In addition, the evaporation chamber 10 has an outlet passage 50 located in the second part 12 for removing evaporated fluid. However, the cyclone evaporator 1 can also be used in a horizontal configuration with minor changes in the design of the evaporator chamber 10.
Испарительная камера 10 обладает осевой симметрией для обеспечения и поддержания тангенциального/вращательного движения второго потока газа 41, о чем подробно говорится ниже со ссылкой на фиг. 4. В варианте реализации настоящего изобретения, представленном на фиг. 1, первая часть 11 испарительной камеры 10 имеет коническую форму с сужением по направлению к первому концу 13 или нижней части испарительной камеры 10, а вторая часть 12 имеет цилиндрическую форму. В других вариантах реализации настоящего изобретения испарительная камера 10 может иметь в существенной степени коническую или цилиндрическую форму, либо первая и вторая части 11, 12 могут иметь коническую форму с сужением от центра по направлению к первому и второму концам 13, 14 (расположенным снизу и сверху) испарительной камеры 10 соответственно.The vaporization chamber 10 is axially symmetrical to provide and maintain tangential/rotational motion of the second gas stream 41, as discussed in detail below with reference to FIG. 4. In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the first part 11 of the evaporation chamber 10 has a conical shape tapering towards the first end 13 or the bottom of the evaporation chamber 10, and the second part 12 has a cylindrical shape. In other embodiments of the present invention, the vapor chamber 10 may be substantially conical or cylindrical in shape, or the first and second portions 11, 12 may be conical in shape, tapering from the center toward the first and second ends 13, 14 (located below and above ) of the evaporation chamber 10, respectively.
Первый впускной канал для газа 30 располагается коаксиально продольной оси X испарительной камеры 10, что обеспечивает в существенной степени ламинарное движение первого потока газа 31, поступающего в испарительную камеру 10 с высокой скоростью (4-5 м/с) по направлению ко второй части 12, о чем подробно говорится ниже со ссылкой на фиг. 4. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения концевая часть 35 первого впускного канала для газа 30 имеет площадь поперечного сечения, увеличивающуюся в направлении движения первого потока газа 31, т.е. в направлении внутренней части испарительной камеры 10. Увеличение площади поперечного сечения может быть постоянным (конус), как показано на фиг. 1, или переменным (например, песочные часы в форме нисходящей части сопла Лаваля), как показано на фиг. 2, и благодаря эффекту Вентури обеспечивает уменьшение скорости первого потока газа 31 до желаемого оптимального значения в зависимости от расхода, температуры и состава газа, содержащегося в первом потоке.The first gas inlet channel 30 is located coaxially with the longitudinal axis X of the evaporation chamber 10, which ensures a substantially laminar movement of the first gas flow 31 entering the evaporation chamber 10 at a high speed (4-5 m/s) towards the second part 12, as discussed in detail below with reference to FIG. 4. In one embodiment of the present invention, the end portion 35 of the first gas inlet passage 30 has a cross-sectional area that increases in the direction of movement of the first gas flow 31, i.e. towards the inside of the evaporation chamber 10. The increase in cross-sectional area can be constant (cone) as shown in FIG. 1, or variable (for example, an hourglass shaped downdraft of a Laval nozzle), as shown in FIG. 2, and thanks to the Venturi effect, reduces the speed of the first gas stream 31 to the desired optimal value depending on the flow rate, temperature and composition of the gas contained in the first stream.
Желательно, чтобы впускной канал для текучей среды 20 располагался в непосредственной близости от первого впускного канала для газа 30. Данная конфигурация обеспечивает подачу текучей среды 21, подлежащей испарению, в первый поток газа 31 непосредственно при его поступлении в испарительную камеру 10. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения впускной канал для текучей среды 20 имеет одну или несколько форсунок 22, предназначенных для впрыскивания текучей среды 21 в первый поток газа 31 в виде тумана или аэрозоля. Распыление текучей среды значительно увеличивает относительную площадь поверхности текучей среды 21, что ускоряет процесс испарения благодаря более эффективному взаимодействию с первым потоком газа 31. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения первый впускной канал для газа 30 также имеет одну или несколько форсунок 22, расположенных, например, вокруг концевой части 35 первого впускного канала для газа 30 в форме кольца, о чем подробно говорится ниже со ссылкой на фиг. 3A-3D.Desirably, the fluid inlet 20 is located in close proximity to the first gas inlet 30. This configuration provides the fluid 21 to be vaporized into the first gas stream 31 immediately upon entering the flash chamber 10. In one embodiment, In implementing the present invention, the fluid inlet passage 20 has one or more nozzles 22 for injecting fluid 21 into the first gas stream 31 in the form of a mist or aerosol. Fluid atomization significantly increases the relative surface area of fluid 21, which accelerates the evaporation process due to more efficient interaction with the first gas stream 31. In one embodiment of the present invention, the first gas inlet passage 30 also has one or more nozzles 22 located, for example , around the end portion 35 of the first ring-shaped gas inlet passage 30, as discussed in detail below with reference to FIG. 3A-3D.
Второй впускной канал для газа 40 располагается под косым углом к испарительной камере 10, что обеспечивает поступление второго потока газа 41 в испарительную камеру 10 по касательной и, как следствие, спиральное движение данного потока вдоль стенок испарительной камеры 10. Второй впускной канал для газа 40 немного наклонен в сторону первой части 11 испарительной камеры 10, т.е. располагается под углом к горизонтальной плоскости, как показано на фиг. 1 и 2, что в целом обеспечивает движение второго потока газа 41 по направлению к первой части 11.The second inlet channel for gas 40 is located at an oblique angle to the evaporation chamber 10, which ensures that the second gas flow 41 enters the evaporation chamber 10 tangentially and, as a result, the spiral movement of this flow along the walls of the evaporation chamber 10. The second inlet channel for gas 40 is slightly inclined towards the first part 11 of the evaporation chamber 10, i.e. located at an angle to the horizontal plane, as shown in Fig. 1 and 2, which generally ensures the movement of the second gas flow 41 towards the first part 11.
Выбор размеров и геометрических характеристик испарительной камеры 10 обеспечивает оптимальное использование всей тепловой энергии, содержащейся в первом потоке (горячего) газа 31 (например, выхлопного газа, образующегося при сгорании топлива в двигателе), для испарения текучей среды 21. Впускной канал для текучей среды 20 и первый и второй впускные каналы для газа 30, 40 моThe sizing and geometrical characteristics of the vaporization chamber 10 ensure optimal use of all the thermal energy contained in the first (hot) gas stream 31 (eg, exhaust gas generated by the combustion of fuel in an engine) to vaporize the fluid 21. Fluid inlet passage 20 and first and second gas inlet ports 30, 40 mo
- 4 046047 гут быть выполнены из труб, имеющих соответствующие размеры и изготовленных из подходящего материала, и приварены к испарительной камере 10 для обеспечения герметичности. Кроме того, часть впускного канала для текучей среды 20, расположенная внутри испарительной камеры 10, может быть выполнена из гибкой трубы, предусматривающей возможность эффективного использования системы даже при деформациях и изменениях компонентов циклонного испарителя 1 вследствие изменения температуры и (или) давления в испарительной камере 10.- 4 046047 must be made of pipes having the appropriate dimensions and made of suitable material, and welded to the evaporation chamber 10 to ensure tightness. In addition, the portion of the fluid inlet channel 20 located inside the evaporation chamber 10 may be made of flexible pipe, allowing the system to be used effectively even when the components of the cyclone evaporator 1 are deformed and changed due to changes in temperature and/or pressure in the evaporation chamber 10 .
На фиг. 3А и 3В представлен один из вариантов реализации впускного канала для текучей среды 20 и первого впускного канала для газа 30. Желательно, чтобы впускной канал для текучей среды 20 располагался в непосредственной близости от первого впускного канала для газа 30. Данная конфигурация обеспечивает подачу текучей среды 21, подлежащей испарению, в первый поток газа 31 одновременно с его поступлением в испарительную камеру 10. В данном варианте реализации концевая часть 35 первого впускного канала для газа 30 имеет форму чаши, что обеспечивает увеличение площади поперечного сечения, и выполняется отдельно от трубчатой части первого впускного канала для газа 30, который заканчивается фланцем 32. В варианте реализации, показанном на фиг. 3А, впускной канал для текучей среды 20 соединяется с кольцевым манифольдом 23, окружающим первый впускной канал для газа 30. В варианте реализации, показанном на фиг. 3В, манифольд 23 располагается между фланцем 32 и концевой частью 35, а центральное сквозное отверстие в манифольде 23 является продолжением трубчатой части первого впускного канала для газа 30. Дистальный конец трубчатой части впускного канала для текучей среды 20 соединяется с манифольдом 23. Манифольд 23 образует единую кольцевую камеру и имеет множество выпускных каналов, выполненных в виде форсунок 22, ориентированных в радиальном направлении и загнутых внутрь чашевидной концевой части 35 через специальные отверстия в ней.In fig. 3A and 3B illustrate one embodiment of a fluid inlet 20 and a first gas inlet 30. It is desirable for the fluid inlet 20 to be located in close proximity to the first gas inlet 30. This configuration provides fluid 21. to be evaporated into the first gas stream 31 at the same time as it enters the evaporation chamber 10. In this embodiment, the end portion 35 of the first gas inlet 30 is cup-shaped to increase the cross-sectional area and is separate from the tubular portion of the first inlet. a gas passage 30 that ends at a flange 32. In the embodiment shown in FIG. 3A, fluid inlet 20 connects to an annular manifold 23 surrounding first gas inlet 30. In the embodiment shown in FIG. 3B, the manifold 23 is located between the flange 32 and the end portion 35, and the central through hole in the manifold 23 is an extension of the tubular portion of the first gas inlet passage 30. The distal end of the tubular portion of the fluid inlet passage 20 is connected to the manifold 23. The manifold 23 forms a single an annular chamber and has a plurality of outlet channels made in the form of nozzles 22, oriented in the radial direction and bent inside the cup-shaped end part 35 through special holes in it.
Вариант реализации настоящего изобретения, показанный на фиг. 3В, является предпочтительным, поскольку представляет компактную конфигурацию оборудования, предусматривающую возможность предварительного нагрева текучей среды 21 в манифольде 23 за счет теплообмена с первым впускным каналом для газа 30 перед подачей в первый поток газа 31 через форсунки 22.The embodiment of the present invention shown in FIG. 3B is advantageous because it represents a compact equipment configuration that allows the fluid 21 in the manifold 23 to be preheated by heat exchange with the first gas inlet port 30 before being introduced into the first gas stream 31 through the nozzles 22.
На фиг. 3С и 3D представлен альтернативный вариант реализации впускного канала для текучей среды 20 и первого впускного канала для газа 30, сходный с вариантом реализации настоящего изобретения, показанным на фиг. 3В. В данном варианте реализации манифольд 23 состоит из двух компонентов: нижнего фланца 26, имеющего цилиндрическую стенку 27 и центральное отверстие 28 с диаметром, соответствующим внутреннему диаметру трубчатой части первого впускного канала для газа 30, и верхнего фланца 36, имеющего центральную трубчатую часть 38 с внутренним диаметром, соответствующим внутреннему диаметру трубчатой части первого впускного канала для газа 30. Верхний фланец 36 и нижний фланец 26 соединяются с фланцем 32 первого впускного канала для газа 30 при помощи болтов, которые устанавливаются в сквозные отверстия, расположенные по периметру соответствующих фланцев 32, 26, 36. Для обеспечения герметичности манифольда 23 и первого впускного канала для газа 30 в соответствующих зонах сопряжения верхнего и нижнего фланцев 36, 26 могут использоваться подходящие уплотнения (например, уплотнительные кольца).In fig. 3C and 3D illustrate an alternative embodiment of the fluid inlet passage 20 and the first gas inlet passage 30, similar to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3B. In this embodiment, the manifold 23 consists of two components: a lower flange 26 having a cylindrical wall 27 and a central hole 28 with a diameter corresponding to the internal diameter of the tubular portion of the first gas inlet passage 30, and an upper flange 36 having a central tubular portion 38 with an internal diameter corresponding to the inner diameter of the tubular part of the first gas inlet channel 30. The upper flange 36 and the lower flange 26 are connected to the flange 32 of the first gas inlet channel 30 using bolts that are installed in through holes located around the perimeter of the corresponding flanges 32, 26, 36. Suitable seals (eg, O-rings) may be used in the respective interface areas of the upper and lower flanges 36, 26 to ensure a seal between the manifold 23 and the first gas inlet 30.
Верхний фланец 36 также имеет множество резьбовых отверстий 37, расположенных по окружности на радиальном расстояния от центральной оси меньшем радиального расстояния цилиндрической стенки 27 нижнего фланца 26. Таким образом, резьбовые отверстия 37 обеспечивают сообщение по текучей среде с внутренней камерой манифольда 23 после установки верхнего и нижнего фланцев 36, 26. Кроме того, центральная трубчатая часть 38 имеет наружную резьбу, сопрягающуюся с внутренней резьбой нижнего отверстия в чашевидной концевой части 35. Резьбовые отверстия 37 предусматривают возможность установки форсунок 22, которые в процессе монтажа ориентируются и вводятся внутрь чашевидной концевой части 35 через специальные отверстия 33 в ней. Как и в случае с вышеописанным вариантом реализации, показанном на фиг. 3В, модульный манифольд 23, представленный на фиг. 3С и 3D, дает аналогичные преимущества, связанные с компактной конфигурацией оборудования, которая обеспечивает теплообмен между первым потоком газа 31 и текучей средой 21. Кроме того, форсунки 22 располагаются ближе к центральной оси X и не выходят за пределы окружности манифольда 23/концевой части 35, что гарантирует защиту данных компонентов от истирания.The upper flange 36 also has a plurality of threaded holes 37 located circumferentially at a radial distance from the central axis less than the radial distance of the cylindrical wall 27 of the lower flange 26. Thus, the threaded holes 37 provide fluid communication with the inner chamber of the manifold 23 after installation of the upper and lower flanges 36, 26. In addition, the central tubular part 38 has an external thread mating with the internal thread of the lower hole in the cup-shaped end part 35. Threaded holes 37 provide the possibility of installing nozzles 22, which during installation are oriented and inserted into the cup-shaped end part 35 through 33 special holes in it. As with the above embodiment shown in FIG. 3B, the modular manifold 23 shown in FIG. 3C and 3D provides similar benefits associated with a compact equipment configuration that provides heat exchange between the first gas stream 31 and the fluid 21. In addition, the nozzles 22 are located closer to the central X-axis and do not extend beyond the circumference of the manifold 23/end portion 35 , which guarantees protection of these components from abrasion.
В другом варианте реализации настоящего изобретения концевая часть 35 может иметь дополнительное сквозное отверстие 34, расположенное ближе к центральному отверстию по сравнению с отверстиями 33 для форсунок 22. Дополнительное отверстие 34 может использоваться для подсоединения гибкой трубки (не показана), идущей к открытому первому концу 13 испарительной камеры 10. Данная трубка будет использоваться для контроля потока текучей среды 21 на входе в испарительную камеру 10. Слишком большой поток текучей среды приведет к накоплению жидкости за пределами верхнего конца трубчатой части 38, которая вводится в концевую часть 35 снизу. Накопившаяся жидкость будет удаляться через дополнительное отверстие 34 и трубку, что обеспечивает возможность осуществления визуального контроля оператором. Данная конфигурация позволяет легко регулировать поток текучей среды 21 без использования датчиков потока или другого измерительного оборудования.In another embodiment of the present invention, the end portion 35 may have an additional through hole 34 located closer to the central hole than the holes 33 for the nozzles 22. The additional hole 34 may be used to connect a flexible tube (not shown) extending to the open first end 13 flash chamber 10. This tube will be used to control the flow of fluid 21 at the entrance to the flash chamber 10. Too much fluid flow will cause fluid to accumulate outside the upper end of the tubular portion 38, which is inserted into the end portion 35 from below. The accumulated liquid will be removed through an additional hole 34 and a tube, which allows for visual inspection by the operator. This configuration allows the flow of fluid 21 to be easily controlled without the use of flow sensors or other measuring equipment.
В альтернативном варианте реализации настоящего изобретения (не показан) испарительная камера 10 представляет собой сосуд с рубашкой, а текучей среда 21 поступает в рубашку и предварительно на- 5 046047 гревается перед подачей в первый поток газа 31. Желательно, чтобы рубашка располагалась снаружи первой части 11, рассчитанной на воздействие более высоких температур, чем вторая часть 12. Циклонный испаритель 1 может дополнительно иметь термодатчик, предназначенный для измерения температуры текучей среды 21, и клапан, предназначенный для регулирования потока текучей среды 21 на входе в испарительную камеру 10 с учетом измеренной температуры. Понижение температуры текучей среды 21 указывает на слишком большой поток текучей среды 21.In an alternative embodiment of the present invention (not shown), the flash chamber 10 is a jacketed vessel, and the fluid 21 enters the jacket and is preheated before being introduced into the first gas stream 31. It is desirable that the jacket is located outside the first part 11 , designed to withstand higher temperatures than the second part 12. The cyclone evaporator 1 may further have a temperature sensor for measuring the temperature of the fluid 21, and a valve for regulating the flow of fluid 21 at the entrance to the evaporation chamber 10 based on the measured temperature. A decrease in the temperature of fluid 21 indicates that the flow of fluid 21 is too high.
На фиг. 4 показан принцип работы циклонного испарителя 1 в соответствии с настоящим изобретением. Как говорилось ранее, первый поток газа 31 подается в испарительную камеру 10 через первый впускной канал для газа 30, расположенный в первой части 11. Первый впускной канал для газа 30 с концевой частью 35 располагается коаксиально продольной оси X испарительной камеры 10, что обеспечивает в существенной степени ламинарное движение первого потока газа 31, поступающего в испарительную камеру 10 с высокой скоростью (4-5 м/с) по оси ко второй части 12. Второй поток газа 41 подается в испарительную камеру через второй впускной канал для газа 40, расположенный во второй части 12 под косым углом к испарительной камере 10, т.е. с наклоном относительно наружной поверхности испарительной камеры 10 (на рисунке показана цилиндрическая конфигурация). Расположение под косым углом обеспечивает поступление второго потока газа 41 по касательной, что создает в существенной степени спиральное движение данного потока вдоль внутренней стенки испарительной камеры 10. Желательно, чтобы второй впускной канал для газа 41 был немного наклонен в сторону первой части 11, т.е. был направлен вниз под углом к горизонтальной плоскости, как показано на фиг. 1, 2 и 4.In fig. 4 shows the operating principle of the cyclonic evaporator 1 according to the present invention. As previously discussed, the first gas stream 31 is supplied to the vaporization chamber 10 through a first gas inlet passage 30 located in the first part 11. The first gas inlet passage 30 with an end portion 35 is located coaxially with the longitudinal axis X of the vaporization chamber 10, which provides substantially degree laminar movement of the first gas flow 31 entering the evaporation chamber 10 at high speed (4-5 m/s) along the axis to the second part 12. The second gas flow 41 is supplied to the evaporation chamber through the second gas inlet channel 40 located in the second parts 12 at an oblique angle to the evaporation chamber 10, i.e. with an inclination relative to the outer surface of the evaporation chamber 10 (the figure shows a cylindrical configuration). The oblique angle arrangement ensures that the second gas flow 41 enters tangentially, which creates a substantially spiral movement of this flow along the inner wall of the evaporation chamber 10. It is desirable that the second gas inlet 41 be slightly inclined towards the first part 11, i.e. . was directed downward at an angle to the horizontal plane, as shown in Fig. 1, 2 and 4.
Текучая среда 21 подается в первый поток газа 31 через впускной канал для текучей среды 20, расположенный в непосредственной близости от первого впускного канала для газа 30. На рисунке первый поток газа 31 обозначен белыми стрелками, а текучая среда 21 - черными стрелками. Для увеличения относительной площади поверхности желательно, чтобы при подаче в первый поток газа 31 текучая среда 21 распылялась с помощью форсунок 22. После этого распыленная текучая среда 21 смешивается с первым потоком газа 31. По мере продвижения полученной смеси из первой части 11 во вторую часть 12 испарительной камеры происходит испарение жидких компонентов текучей среды 21, а более тяжелые нежидкие компоненты (например, твердые частицы 25) отклоняются от ламинарного потока в осевом направлении вдоль продольной оси X. Данная тенденция усиливается по мере приближения испарившейся текучей среды 21, твердых компонентов и первого потока газа 31 ко второй части 12 испарительной камеры 10 под влиянием спирального движения второго потока газа 41. В определенной точке между первым концом 13 и вторым концом 14 испарительной камеры 10 происходит изменение полей скоростей и давлений первого потока газа 31 и второго потока газа 41 с переходом от полного удержания к постепенному отделению. В этот момент твердые компоненты 25, обозначенные черными стрелками, отклоняются от траектории ламинарного движения первого потока газа 31 в направлении стенок испарительной камеры 10, а испарившаяся текучая среда 24 (в газообразном состоянии), обозначенная пунктирными стрелками, продолжает движение в осевом направлении и выходит из камеры через выпускной канал 50 вместе с первым потоком газа 31. Твердые компоненты 25 затем вовлекаются в спиральное движение второго потока газа 41 вдоль стенок испарительной камеры и переносятся обратно к первому концу 13 испарительной камеры для удаления через отверстие или сбора в подходящий резервуар (не показан).Fluid 21 is supplied to the first gas stream 31 through a fluid inlet passage 20 located in close proximity to the first gas inlet passage 30. In the figure, the first gas stream 31 is indicated by white arrows and the fluid 21 by black arrows. To increase the relative surface area, it is desirable that when supplied to the first gas stream 31, the fluid 21 is atomized using nozzles 22. The atomized fluid 21 is then mixed with the first gas stream 31. As the resulting mixture moves from the first part 11 to the second part 12 vaporization chamber, the liquid components of the fluid 21 evaporate, and the heavier non-liquid components (for example, solid particles 25) deviate from the laminar flow in the axial direction along the longitudinal axis X. This tendency increases as the evaporated fluid 21, solid components and the first flow approach gas 31 to the second part 12 of the evaporation chamber 10 under the influence of the spiral movement of the second gas flow 41. At a certain point between the first end 13 and the second end 14 of the evaporation chamber 10, the velocity and pressure fields of the first gas flow 31 and the second gas flow 41 change with the transition from complete retention to gradual separation. At this point, the solid components 25, indicated by black arrows, deviate from the laminar path of the first gas flow 31 towards the walls of the evaporation chamber 10, and the evaporated fluid 24 (in the gaseous state), indicated by dotted arrows, continues to move in the axial direction and exits chambers through the outlet passage 50 along with the first gas stream 31. The solid components 25 are then entrained in the helical motion of the second gas stream 41 along the walls of the vaporization chamber and carried back to the first end 13 of the vaporization chamber for removal through an opening or collection into a suitable container (not shown) .
На фиг. 5 представлена модульная конфигурация испарительной камеры 10 в разобранном состоянии. Абразивность твердых компонентов 25, отделенных от текучей среды 21, может способствовать износу стенок испарительной камеры 10 с течением времени. В соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения предлагается модульное решение, предусматривающее возможность замены одной или нескольких частей испарительной камеры 10 без необходимости замены всей установки. Как показано на фиг. 5, вторая часть 12 испарительной камеры 10 имеет крышку 12а со вторым впускным каналом для газа 40 и расположенным сверху выпускным каналом 50, а также съемную цилиндрическую часть 12b. Аналогично, первая часть 11 испарительной камеры 10 имеет основание 11а с впускным каналом для текучей 20 и первым впускным каналом для газа 30, а также и съемную коническую часть 11b. Для установки компонентов 11а, 11b, 12b, 12а могут применяться крюки, фиксаторы, винтовые стяжки и т.д., используемые в данной области техники.In fig. 5 shows the modular configuration of the evaporation chamber 10 in a disassembled state. The abrasiveness of the solid components 25 separated from the fluid 21 may contribute to wear of the walls of the vaporization chamber 10 over time. In accordance with one embodiment of the present invention, a modular solution is provided that allows one or more parts of the vaporization chamber 10 to be replaced without having to replace the entire installation. As shown in FIG. 5, the second part 12 of the vaporization chamber 10 has a cover 12a with a second gas inlet 40 and an overlying outlet 50, and a removable cylindrical part 12b. Likewise, the first part 11 of the evaporation chamber 10 has a base 11a with a fluid inlet 20 and a first gas inlet 30, as well as a removable conical part 11b. To install the components 11a, 11b, 12b, 12a, hooks, fasteners, screw ties, etc., as used in the art, may be used.
Пример - фильтрат с полигонов отходов.An example is leachate from landfills.
Настоящее изобретение может использоваться, например, для решения актуальной сегодня проблемы отделения опасных компонентов фильтрата с полигонов отходов. Оно предусматривает возможность применения газа, образующегося при сгорании топлива в газовых двигателях, турбинах или аналогичных системах (которые обычно размещаются на полигонах для дегазации и выработки экологически чистой энергии), в качестве первого потока газа, а также обеспечивает эффективное использование тепловой энергии. Поскольку двигатели/турбины не могут работать в условиях обратного давления, испаритель должен полностью соответствовать данному ограничению, т.е. обеспечивать сквозной поток отходящего газа при поступлении и испарении фильтрата.The present invention can be used, for example, to solve the current problem of separating hazardous leachate components from landfills. It allows for the use of gas generated by the combustion of fuel in gas engines, turbines or similar systems (usually located in landfills for degassing and clean energy generation) as the first gas stream, and also ensures the efficient use of thermal energy. Since engines/turbines cannot operate under back pressure conditions, the evaporator must fully comply with this limitation, i.e. ensure a through flow of exhaust gas upon entry and evaporation of the filtrate.
Кроме того, фильтрат прилипает к горячим стенкам сосуда, что приводит к росту отложений и постепенному уменьшению скорости испарения. Использование второго потока газа для удержания фильтIn addition, the filtrate adheres to the hot walls of the vessel, which leads to the growth of deposits and a gradual decrease in the evaporation rate. Using a second gas stream to hold the filter
--
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2020/066529 WO2020249824A1 (en) | 2019-06-14 | 2020-06-15 | Cyclonic evaporator apparatus and associated method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA046047B1 true EA046047B1 (en) | 2024-02-01 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9764265B2 (en) | Swirl helical elements for a viscous impingement particle collection and hydraulic removal system | |
| US5314529A (en) | Entrained droplet separator | |
| US9101869B2 (en) | Swirl helical elements for a viscous impingement particle collection and hydraulic removal system | |
| US3064411A (en) | Separator | |
| US20110030629A1 (en) | Separator for a Crankcase Ventilation of an Internal Combustion Engine | |
| CA2707189C (en) | Centrifugal separator for separating liquid particles from a gas flow | |
| KR101953743B1 (en) | Apparatus for Removing Fine Particles Agglomeration with Highly-Charged Mist Spraying | |
| US20190049104A1 (en) | Once Through Steam Generator with 100% Quality Steam Output | |
| RU2403983C2 (en) | Separator | |
| RU2325234C1 (en) | Combined cyclone | |
| EA046047B1 (en) | CYCLONE EVAPORATOR AND ASSOCIATED SEPARATION METHOD | |
| WO2020249824A1 (en) | Cyclonic evaporator apparatus and associated method | |
| RU2468851C1 (en) | Centrifugal separator | |
| TW202410950A (en) | Separator | |
| RU2390368C2 (en) | Small highly efficient centrifugal separator with anti-hydrate protection | |
| RU2389531C1 (en) | Kochetov's nozzle-type scrubber | |
| RU2372972C1 (en) | Device for dust and gas catching from smoke and aggressive gases | |
| RU2411061C1 (en) | Jet scrubber | |
| US4915712A (en) | Evaporative gas cooling system and method | |
| JPH0638908B2 (en) | Multi-stage spiral reactor | |
| RU2632695C2 (en) | Conical wet cyclone | |
| RU2299757C2 (en) | Screen-separator | |
| RU2607208C1 (en) | Acid concentration column | |
| RU2506116C1 (en) | Kochetov's packed scrubber | |
| RU2752405C1 (en) | Device for quenching and cleaning high-temperature gases from solid particles |