EP0763384B1 - Séparateur centrifuge en particulier pour chaudière à lit fluidisé circulant - Google Patents

Séparateur centrifuge en particulier pour chaudière à lit fluidisé circulant Download PDF

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EP0763384B1
EP0763384B1 EP96401917A EP96401917A EP0763384B1 EP 0763384 B1 EP0763384 B1 EP 0763384B1 EP 96401917 A EP96401917 A EP 96401917A EP 96401917 A EP96401917 A EP 96401917A EP 0763384 B1 EP0763384 B1 EP 0763384B1
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EP
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solid particles
separator according
groove
grooves
gas
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Eugène Guilleux
Jean Aubry
Jean-Xavier Morin
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Alstom Power Boiler SA
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Alstom Energy Systems SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08—Vortex chamber constructions
    • B04C5/081—Shapes or dimensions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08—Vortex chamber constructions
    • B04C5/103—Bodies or members, e.g. bulkheads, guides, in the vortex chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/14—Construction of the underflow ducting; Apex constructions; Discharge arrangements ; discharge through sidewall provided with a few slits or perforations

Definitions

  • the present invention relates to a separator centrifugal for circulating fluidized bed boiler.
  • a device according to the preamble of claim 1 is described in document EP-A-0 052 042.
  • the function of the separator is the phase separation mixture of gases and suspended solid particles In this one.
  • a gas vortex is formed creating a force centrifugal in the separator enclosure.
  • the effectiveness of a separator is related to the speed of the mixture in the pipe inlet, internal diameter and height of the separator conditioning the residence time.
  • High speed can have effects harmful, especially in the case where the mixture has a strong concentration of solid particles as in beds circulating fluidized.
  • High speed gas tends to effect, to re-train the solid particles already deposited on the wall of the separator and therefore cause a loss efficiency.
  • the present invention solves this problem of re-training of solid particles and, to do this, in accordance with the invention, said walls are provided on their internal face of at least one capture groove solid particles pointing down, deep between 1 and 20% of the internal diameter of the part upper and width between 2 and 10% of the internal perimeter of the upper part.
  • This groove serves on the one hand as a capture groove solid particles and on the other hand guide groove particles trapped down, while protecting them of the gas vortex.
  • the gas mixture inlet pipe and of solid particles is tangential to the first wall and, according to the preferred embodiment, the end upper of said groove is arranged opposite this inlet pipe, allowing direct collection from the entry of a large amount of solid particles.
  • Said groove can be vertical or inclined by angle of about 60 ° from the vertical.
  • the angle can be variable on the height of the separator.
  • the separator may have several said grooves and these grooves can be distributed around its perimeter or spaced apart from each other in an increasing direction of the gas mixture flow and solid particles.
  • said groove can be partially covered on part of its width by a wall integral with its edge opposite to the direction of the gas mixture flow and solid particles.
  • said groove opens into the outlet for solid particles.
  • said groove can be completely covered by a closing wall in the lower part of the lower part.
  • the invention has the advantage of carrying out the separation of solids in two stages, i.e. by gravity drop and centrifugation, which is well suited to L.F.C boilers where the high solid loads at the inlet of the separator tend to create a diluted phase overcoming a dense wall phase.
  • the dense phase can be immediately separated from the flow main in the entrance of the separator and not disturb the rest of the solids flow and therefore decrease the re-training.
  • This separation therefore makes it possible to increase the field of speeds used in centrifugation and therefore improve the compactness of the separator.
  • the total width of the grooves is between 5 and 33% of the internal perimeter of the upper part.
  • Figure 1 is a vertical sectional view of a first embodiment of a separator according to the invention.
  • Figure 2 is a sectional elevation view partial vertical of a separator of a conformal separator to the invention according to a second embodiment.
  • Figure 3 is a sectional elevation view partial vertical of a separator according to the invention according to a third embodiment.
  • Figure 4 is a horizontal sectional view along III-III of figure 1.
  • Figure 5 is a similar sectional view of a fourth embodiment of a separator according to the invention.
  • Figure 6 is a cross-sectional view of a groove.
  • Figure 7 is a sectional view of a fifth mode according to the invention.
  • These walls 1A, 2A are provided on their internal face of grooves 6, 7 for capturing the solid particles directed downward, deep, constant or increasing as and as they descend, between 1 and 20% of the internal diameter of the upper part 1 and width, constant or variable, between 2 and 10% of the internal perimeter of the upper part 1.
  • the grooves 6, 7 are vertical.
  • the grooves are inclined at an angle ⁇ less than 60 ° from the vertical.
  • the angle maybe 45 ° in a zone and 0 degrees in another.
  • the grooves 6, 7 start in part 1, preferably substantially at the level of the horizontal plane of symmetry of the inlet pipe 3 and lead into the outlet pipe 5 solid particles in the lower part of the part lower 2.
  • the grooves 6, 7 are completely covered by a closure wall 14 in the lower part of the part lower 2.
  • a closure wall 14 in the lower part of the part lower 2.
  • they are thus covered over a height substantially equal to half the height from the bottom 2 where the amount of particles solids in the grooves is important and so is totally protected from any re-training and where the quantity small, separate particles can flow along of this closure wall 14.
  • the separator can be in plus with outlet 13 for solid particles arranged along the grooves 6, 7 which constitute intermediate outlets upstream of the outlet pipe classic 5.
  • the grooves 6 to 9 are one of the other with an increasing step in the direction of the mixture flow of gas and solid particles, represented by the arrows. There are four of them here. It is possible to arrange one to eight such grooves, regularly distributed or thus offset, the total width of the grooves being between 5 and 33% of the internal perimeter of the upper part 1.
  • FIG. 5 represents an embodiment of a separator with a single groove 6 ', where this has its upper end disposed opposite this pipe inlet 3.
  • the groove 6 ' is not radial but of transverse axis parallel to the axis longitudinal of the inlet pipe 3. This groove 6 'is thus located at the point of impact of the gas mixture flow and solid particles directly at the outlet of the line 3 where the speed is maximum and the amount of solid particles also separated by centrifugal force.
  • the groove (s) 6 are partially covered on a part of their width by a wall 10 integral with their edge 6A opposite to the direction of flow of gas mixture and solid particles.
  • a wall 10 integral with their edge 6A opposite to the direction of flow of gas mixture and solid particles.
  • the one or more grooves extend over the upper part 1 and over the lower part 2.
  • the cyclone may include a certain number of grooves of a type and a number of grooves of the other type.
  • FIG. 7 represents an embodiment of a octagonal upper section separator made up only planar faces 20 connected together by grooves 21.
  • the wall consists of cooling tubes 22 internally traversed by a coolant and internally covered with a lining of materials refractory.
  • the separator according to the invention is in special designed to equip a fluidized bed boiler circulating.

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  • Cyclones (AREA)
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  • Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)
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Description

La présente invention se rapporte à un séparateur centrifuge pour chaudière à lit fluidisé circulant.
Elle concerne plus précisément un séparateur de mélange gaz-solides pour chaudière à lit fluidisé circulant comportant
  • une partie supérieure de section sensiblement constante constituée d'une première paroi et comportant en partie haute une conduite d'entrée d'un mélange de gaz et de particules solides et une conduite de sortie du gaz et
  • une partie inférieure de section décroissante vers le bas constituée d'une seconde paroi et comportant en partie basse une conduite de sortie des particules solides.
Un dispositif selon le préambule de la revendication 1 est décrit dans le document EP-A-0 052 042.
La fonction du séparateur est la séparation des phases du mélange de gaz et de particules solides en suspension dans celui-ci. Un vortex de gaz est formé créant une force centrifuge dans l'enceinte du séparateur. L'efficacité d'un séparateur est liée à la vitesse du mélange dans la conduite d'entrée, au diamètre interne et à la hauteur du séparateur conditionnant le temps de séjour.
Afin de réduire le coût d'un tel séparateur et en particulier d'un séparateur associé à une chaudière à lit fluidisé circulant, l'on peut donc augmenter la vitesse du mélange à l'entrée et dans le corps du séparateur ce qui permet de réduire son diamètre.
Cependant, une forte vitesse peut avoir des effets néfastes, surtout dans le cas où le mélange a une forte concentration en particules solides comme dans les lits fluidisés circulants. Le gaz à forte vitesse a tendance, en effet, à réentraíner les particules solides déjà déposés sur la paroi du séparateur et donc à entraíner une perte d'efficacité.
Une vitesse excessive entraíne de même une augmentation de l'érosion et un accroissement des pertes de charge.
La présente invention résout ce problème de réentraínement des particules solides et, pour ce faire, conformément à l'invention, lesdites parois sont pourvues sur leur face interne d'au moins une rainure de captation des particules solides dirigée vers le bas, de profondeur comprise entre 1 et 20% du diamètre interne de la partie supérieure et de largeur comprise entre 2 et 10 % du périmètre interne de la partie supérieure.
Cette rainure sert d'une part de rainure de captation des particules solides et d'autre part de rainure de guidage des particules captées vers le bas, tout en les protégeant du vortex de gaz.
En général la conduite d'entrée du mélange de gaz et de particules solides est tangentielle à la première paroi et, selon le mode de réalisation préféré, l'extrémité supérieure de ladite rainure est disposée en face de cette conduite d'entrée, permettant la captation directe dès l'entrée d'une grande quantité de particules solides.
Ladite rainure peut être verticale ou inclinée d'un angle d'environ à 60° par rapport à la verticale.
L'angle peut être variable sur la hauteur du séparateur.
Le séparateur peut comporter plusieurs dites rainures et ces rainures peuvent être réparties sur son périmètre ou distantes l'une de l'autre d'un pas croissant dans le sens du flux de mélange de gaz et de particules solides.
Afin d'améliorer cet effet de captation, ladite rainure peut être partiellement recouverte sur une partie de sa largeur par un paroi solidaire de son bord opposé au sens du flux de mélange de gaz et de particules solides.
De préférence, la dite rainure débouche dans la conduite de sortie des particules solides.
Afin de supprimer les réentraínements des particules solides dans la partie inférieure, ladite rainure peut être totalement recouverte par une paroi de fermeture dans la partie basse de la partie inférieure.
L'invention présente l'avantage d'effectuer la séparation des solides en deux étapes, c'est-à-dire par chute gravitaire et centrifugation, ce qui est bien adapté aux chaudières à L.F.C où les charges élevées en solides à l'entrée du séparateur ont tendance à créer une phase diluée surmontant une phase dense en paroi.
La phase dense peut être immédiatement séparée du flux principal dans l'entrée du séparateur et ne pas perturber le reste de l'écoulement des solides et donc diminuer le réentraínement.
Cette séparation permet donc d'augmenter le champ de vitesses mis en oeuvre dans la centrifugation et donc d'améliorer la compacité du séparateur.
Ces mode de réalisation peuvent s'appliquer à des séparateurs tubés ou non tubés, de forme circulaire ou polygonale.
La largeur totale des rainures est comprise entre 5 et 33% du périmètre interne de la partie supérieure.
L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention.
La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un premier mode de réalisation d'un séparateur conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue en élévation en coupe verticale partielle d'un séparateur d'un séparateur conforme à l'invention selon un deuxième mode de réalisation.
La figure 3 est une vue en élévation en coupe verticale partielle d'un séparateur conforme à l'invention selon un troisième mode de réalisation.
La figure 4 est une vue en coupe horizontale selon III-III de la figure 1.
La figure 5 est une vue en coupe analogue d'un quatrième mode de réalisation d'un séparateur conforme à l'invention.
La figure 6 est une vue en coupe transversale d'une rainure.
La figure 7 est une vue en coupe d'un cinquième mode de réalisation conforme à l'invention.
Le séparateur centrifuge représenté dans les figures comporte :
  • une partie supérieure 1 de section sensiblement constante, par exemple cylindrique de section circulaire ou octogonale, constituée d'une première paroi 1A et comportant en partie haute une conduite d'entrée 3 d'un mélange de gaz et de particules solides, en général tangentielle à la première paroi 1A, et une conduite de sortie 4 du gaz constituée en général d'un tube plongeur et
  • une partie inférieure 2 de section décroissante vers le bas, par exemple conique ou prismatique, constituée d'une seconde paroi 2A et comportant en partie basse une conduite de sortie 5 des particules solides, en général verticale.
Ces parois 1A, 2A sont pourvues sur leur face interne de rainures 6, 7 de captation des particules solides dirigée vers le bas, de profondeur, constante ou croissante au fur et à mesure de leur trajectoire descendante, comprise entre 1 et 20% du diamètre interne de la partie supérieure 1 et de largeur, constante ou variable, comprise entre 2 et 10 % du périmètre interne de la partie supérieure 1.
Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, les rainures 6, 7 sont verticales.
Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 2 où une seule rainure 6 est représentée dans un but de clarté, les rainures sont inclinées d'un angle α inférieur à 60° par rapport à la verticale. Selon un autre mode de réalisation (figure 3) l'angle peut-être de 45° dans une zone et 0 degrés dans une autre.
Selon ces modes de réalisation, les rainures 6, 7 commencent dans la première partie 1, de préférence sensiblement au niveau du plan horizontal de symétrie de la conduite d'entrée 3 et débouchent dans la conduite de sortie 5 des particules solides en partie basse de la partie inférieure 2.
Les rainures 6, 7 sont totalement recouvertes par une paroi de fermeture 14 dans la partie basse de la partie inférieure 2. Avantageusement, elles sont ainsi recouvertes sur une hauteur sensiblement égale à la moitié de la hauteur de la partie inférieure 2 où la quantité de particules solides dans les rainures est importante et est ainsi totalement protégée de tout réentraínement et où la quantité de particules séparées peu importante peut s'écouler le long de cette paroi de fermeture 14.
Selon un perfectionnement, le séparateur peut être en plus pourvu d'orifices de sortie 13 des particules solides agencées le long des rainures 6, 7 qui constituent des sorties intermédiaires en amont de la conduite de sortie classique 5.
Sur la périphérie du séparateur, les rainures 6 à 9, comme représentées sur la figure 4, sont distantes l'une de l'autre d'un pas croissant dans le sens du flux de mélange de gaz et de particules solides, représenté par les flèches. Elles sont ici au nombre de quatre. Il est possible d'aménager une à huit telles rainures, régulièrement réparties ou ainsi décalées, la largeur totale des rainures étant comprise entre 5 et 33% du périmètre interne de la partie supérieure 1.
La figure 5 représente un mode de réalisation d'un séparateur à une seule rainure 6', où celle-ci a son extrémité supérieure disposée en face de cette conduite d'entrée 3. Selon ce mode de réalisation, la rainure 6' n'est pas radiale mais d'axe transversal parallèle à l'axe longitudinal de la conduite d'entrée 3. Cette rainure 6' est ainsi localisée au point d'impact du flux de mélange de gaz et de particules solides directement à la sortie de la conduite 3 là où la vitesse est maximale et la quantité de particules solides séparées par force centrifuge également.
Selon un perfectionnement représenté sur la figure 6, la ou les rainures 6 sont partiellement recouvertes sur une partie de leur largeur par une paroi 10 solidaire de leur bord 6A opposé au sens du flux de mélange de gaz et de particules solides. Lors du vortex du flux de mélange de gaz et de particules solides schématisé par la flèche 12, les particules solides sont entraínées dans la rainure 6 selon la flèche 11 et y sont au maximum protégées de tout réentraínement par le vortex.
Selon les modes de réalisation décrits, la ou les rainures s'étendent sur la partie supérieure 1 et sur la partie inférieure 2. Le cyclone peut comprendre un certain nombre de rainures d'un type et un certain nombre de rainures de l'autre type.
La figure 7 représente un mode de réalisation d'un séparateur de section supérieure octogonale constitué uniquement de faces planes 20 raccordées entre elles par des rainures 21.
La paroi est constitué de tubes de refroidissement 22 parcourus intérieurement par un fluide de refroidissement et recouverts intérieurement d'un garnissage de matériaux réfractaires.
Le séparateur conforme à l'invention est en particulier destiné à équiper une chaudière à lit fluidisé circulant.

Claims (12)

  1. Séparateur de mélanges gaz-solides pour chaudière à lit fluidisé circulant comportant
    une partie supérieure (1) de section sensiblement constante constituée d'une première paroi (lA) et comportant en partie haute une conduite d'entrée (3) d'un mélange de gaz et de particules solides et une conduite de sortie (4) du gaz et
    une partie inférieure (2) de section décroissante vers le bas constituée d'une seconde paroi (2A) et comportant en partie basse une conduite de sortie (5) des particules solides,
       lesdites parois (1A, 2A) étant pourvues sur leur face interne d'au moins une rainure (6 à 9) dirigée vers le bas, caractérisé en ce que lesdites rainures (6 à 9) sont des rainures de captation des particules solides, de profondeur comprise entre 1 et 20% du diamètre interne de la partie supérieure (1) et de largeur comprise entre 2 et 10 % du périmètre interne de la partie supérieure (1).
  2. Séparateur selon la revendication 1, dont la conduite d'entrée (3) du mélange de gaz et de particules solides est tangentielle à la première paroi (1A), caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de ladite rainure est disposée en face de cette conduite d'entrée (3).
  3. Séparateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite rainure est verticale.
  4. Séparateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite rainure est inclinée d'un angle (α) inférieur à 60° par rapport à la verticale.
  5. Séparateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite rainure (6') est partiellement recouverte sur une partie de sa largeur par une paroi (10) solidaire de son bord (6A) opposé au sens du flux de mélange de gaz et de particules solides.
  6. Séparateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dite rainure débouche dans la conduite (5) de sortie des particules solides.
  7. Séparateur selon la revendication 6, caractérisés en ce que ladite rainure est totalement recouverte par une paroi de fermeture (14) dans la partie basse de la partie inférieure (2).
  8. Séparateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs dites rainures (6 à 9).
  9. Séparateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites rainures sont réparties sur son périmètre.
  10. Séparateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites rainures sont distantes l'une de l'autre d'un pas croissant dans le sens du flux de mélange de gaz et de particules solides.
  11. Séparateur selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la largeur totale des rainures est comprise entre 5 et 33% du périmètre interne de la partie supérieure (1).
  12. Séparateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie supérieure est constituée de faces planes (20) disposées de manière à constituer une section octogonale, lesdites faces étant raccordées entre elles par des rainures (21).
EP96401917A 1995-09-15 1996-09-09 Séparateur centrifuge en particulier pour chaudière à lit fluidisé circulant Expired - Lifetime EP0763384B1 (fr)

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