EP1020229A1 - Gaine d'entrée de fumées dans un séparateur cyclone - Google Patents

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EP1020229A1
EP1020229A1 EP00400087A EP00400087A EP1020229A1 EP 1020229 A1 EP1020229 A1 EP 1020229A1 EP 00400087 A EP00400087 A EP 00400087A EP 00400087 A EP00400087 A EP 00400087A EP 1020229 A1 EP1020229 A1 EP 1020229A1
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EP
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cyclone
face
point
sheath
nose
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EP00400087A
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Jean-Claude Semedard
Eugène Guilleux
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Alstom Power Boiler SA
Original Assignee
ABB Alstom Power Combustion
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/022—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow
    • F23J15/027—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow using cyclone separators
    • 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
    • B04C5/02—Construction of inlets by which the vortex flow is generated, e.g. tangential admission, the fluid flow being forced to follow a downward path by spirally wound bulkheads, or with slightly downwardly-directed tangential admission
    • B04C5/04—Tangential inlets
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a flue inlet duct in a separator cyclone.
  • the invention applies in particular, although not limited to, large installations, for example from 250 to 600 MW, which include several cyclone separators placed side by side at the exit of the fireplace.
  • large installations for example from 250 to 600 MW, which include several cyclone separators placed side by side at the exit of the fireplace.
  • the arrangement of the inlet sheath of a cyclone separator at the outlet of a hearth is that shown in fig. 1 where we see schematically in top view the cyclone separator 1 with its inlet sheath 2 at the outlet from the hearth 3.
  • This inlet sheath has two lateral faces 4 and 5, one face of floor and ceiling face not visible in this view.
  • Face 4 is called the lower face and face 5 the upper face. For reasons size, it is very common for the lower surface to make an acute angle ⁇ with respect to the exit face of the room.
  • Document us 5,771,844 shows a cyclone separator in which the sheath inlet 12 extends inside the hearth and in which the lower face 13 of the duct entry is curved in its first part, internal to the foyer.
  • the present invention proposes to improve the efficiency of such cyclone separators by special provisions of the inlet sheath.
  • the subject of the invention is therefore a flue inlet duct in a separator cyclone, said sheath comprising two lateral faces, one of which is called the upper surface and the other underside, the latter leading to the nose of cyclone D, a ceiling face and a floor face, said underside face which connects the point S of duct start to point D of the nose of the cyclone having a profile such that it comprises at least two distinct tangents such that one T intersects the upper surface at a point A located upstream of the foot B of the perpendicular to the upper surface conducted from the nose D of the cyclone, characterized in that said lower surface begins from said point S by a first part having a rectilinear profile R, followed by a second part with a curvilinear profile V with inflection point or of a second rectilinear part joining the nose D of the cyclone, said point S being located at the start of the focus.
  • the lower surface has inclined grooves down from the fireplace outlet to the cyclone separator. This provision that we can also be applied on the upper surface to promote the transfer of solid particles in the inlet sheath towards the bottom of the cyclone.
  • the ceiling face of the inlet duct forms a hump constituting a profile comprising, in the direction of the length of the sheath from the exit from the hearth towards the entry of the cyclone, a first descending part followed by a part rising.
  • said bump is such that the narrowing of height in each section of the duct is greater on the lower side than on the upper side.
  • FIG. 2 we see a cyclone separator 1 connected to the outlet smoke from a hearth 3 through an inlet duct 2.
  • This figure shows the two lateral faces of the sheath 2: the face 4A, called the lower face and the face 5, called the upper face.
  • the lower surface 4A begins, at point S of departure from focus 3, by a rectilinear part R followed by a curvilinear part V comprising a point inflection point 6.
  • the tangent to the inflection point 6 intersects the upper surface 5 at point A located upstream from point B, foot of the perpendicular ⁇ to the upper surface conducted from the nose D of the cyclone.
  • This arrangement makes it possible to have a first zone 7 for handling particles. solids, followed by a solid direction change zone 8.
  • Fig. 3 shows a variant of the invention in which the lower face 4B starts from said point S, as in fig. 2, by a first part having a rectilinear profile R followed by a second part 4B1 also rectilinear and joining the nose D cyclone 1.
  • the extension of the first part with the straight profile R cuts the upper surface 5 in one point A located upstream of point B, foot of the perpendicular to the upper surface 5 conducted from the nose D of the cyclone.
  • Fig. 5 is simply a simplified sketch showing the entry section of the fumes in the duct 2 in the direction of the arrow F in FIG. 4 and making it possible to identify the four faces of the duct 2: lower face 4A, 4B, upper face 5, ceiling face 10 and face 11.
  • the inclined grooves 9, shown diagrammatically in FIG. 4, are performed on the face upper surface 5 but can also be on the lower surface 4A, 4B.
  • These grooves 9 are inclined at an angle between 5 and 25 ° relative to the horizontal.
  • Fig. 6 is a diagram showing the section of the grooves. They have advantageously a height h of between 200 and 400 mm and a lower depth at 50 mm, and they are separated by solid parts 12 with a height h1 between 100 and 300 mm.
  • figs. 7 and 8 show an arrangement taken on the ceiling face 10 of so that the solid particles, on the one hand, come off the ceiling 13 of the cyclone and, on the other hand, migrate, from the ceiling, from the lower surface 4A, 4B towards the upper surface 5 like the shows arrow 14 (fig. 8), thus favoring, on the one hand the gravity separation and on the other hand lengthening the centrifugation radius of solid particles.
  • This arrangement consists, as can be seen in the two figs. 7 and 8 in a bump ceiling 15.
  • This bump 15 constitutes a three-dimensional left profile causing in the direction of the length of the sheath 2, as shown in fig. 7, first, at the outlet of the hearth 3, a contraction of the sheath section then an expansion of the section before entry in cyclone 1.
  • the bump 15, asymmetrical reduces the height of passage in the duct from the upper surface 5 towards the lower surface 4A, 4B.
  • the hump 15 has a longitudinal slope (fig. 7) less than 20% over a length of 5 m, i.e. 1 m of bump height. In the sense transverse, fig. 8, the transition is gradual between the reduced height ceiling side lower surface 4 and upper surface side 5 at non-reducing height.

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Abstract

Gaine d'entrée (2) de fumées dans un séparateur cyclone (1), ladite gaine comportant deux faces latérales (4A, 4B, 5) dont l'une est appelée face extrados (5) et l'autre face intrados (4A, 4B), cette dernière aboutissant au nez du cyclone D, une face de plafond (10) et une face de plancher (11), ladite face intrados (4A, 4B) qui relie le point S de début de gaine au point D du nez du cyclone ayant un profil tel qu'il comporte au moins deux tangentes distinctes telles que l'une T coupe l'extrados (5) en un point A situé en amont du pied B de la perpendiculaire à l'extrados menées du nez D du cyclone, caractérisée en ce que ladite face intrados (4A, 4B) commence à partir dudit point S par une première partie ayant un profil rectiligne R, suivi d'une seconde partie ayant un profil curviligne V à point d'inflexion (6) ou bien d'une seconde partie rectiligne (4B1) rejoignant le nez D du cyclone, ledit point S étant situé au départ du foyer. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne une gaine d'entrée de fumées dans un séparateur cyclone.
L'invention s'applique en particulier, bien que non limitativement, aux grosses installations, par exemple de 250 à 600 MW, qui comportent plusieurs séparateurs cyclones placés côte à côte à la sortie du foyer. Dans de telles installations, la place manque pour placer correctement la gaine d'entrée des séparateurs à cause de l'encombrement dû au passage de diverses poutres. Ainsi, classiquement, la disposition de la gaine d'entrée d'un séparateur cyclone à la sortie d'un foyer est celle représentée fig. 1 où l'on voit schématiquement en vue de dessus le séparateur cyclone 1 avec sa gaine d'entrée 2 à la sortie du foyer 3. Cette gaine d'entrée comporte deux faces latérales 4 et 5, une face de plancher et une face de plafond non visibles sur cette vue.
La face 4 est appelée face intrados et la face 5 face extrados. Pour des raisons d'encombrement, il est très fréquent que la face intrados fasse un angle α aigu par rapport à la face de sortie de la chambre.
Cette disposition de gaine qui résulte, comme il a été dit de l'encombrement, n'est pas favorable à une bonne efficacité du séparateur.
En effet, compte tenu de l'inclinaison selon un angle aigu α de la face intrados 4, les particules solides des fumées en sortie du foyer 3 sont en grande partie récoltées par cette face, ce qui les concentre et les envoie en grande partie sur le nez D du cyclone où leur centrifugation insuffisante les laisse s'échapper vers l'orifice de la jupe de captation du vortex.
Le document us 5 771 844 montre un séparateur cyclone dans lequel la gaine d'entrée 12 se prolonge à l'intérieur du foyer et dans lequel la face intrados 13 de la gaine d'entrée est incurvée dans sa première partie, interne au foyer.
La présente invention propose d'améliorer l'efficacité de tels séparateurs cyclones par des dispositions particulières de la gaine d'entrée.
L'invention a ainsi pour objet une gaine d'entrée de fumées dans un séparateur cyclone, ladite gaine comportant deux faces latérales dont l'une est appelée face extrados et l'autre face intrados, cette dernière aboutissant au nez du cyclone D, une face de plafond et une face de plancher, ladite face intrados qui relie le point S de début de gaine au point D du nez du cyclone ayant un profil tel qu'il comporte au moins deux tangentes distinctes telles que l'une T coupe l'extrados en un point A situé en amont du pied B de la perpendiculaire à l'extrados menée du nez D du cyclone, caractérisé en ce que ladite face intrados commence à partir dudit point S par une première partie ayant un profil rectiligne R, suivi d'une seconde partie ayant un profil curviligne V à point d'inflexion ou bien d'une seconde partie rectiligne rejoignant le nez D du cyclone, ledit point S étant situé au départ du foyer.
Selon une autre caractéristique, la face intrados comporte des rainures inclinées vers le bas depuis la sortie du foyer vers le séparateur cyclone. Cette disposition que l'on peut appliquer également sur la face extrados a pour but de favoriser le transfert des particules solides dans la gaine d'entrée vers le bas du cyclone.
Selon une autre caractéristique, la face de plafond de la gaine d'entrée forme une bosse constituant un profil comportant, dans le sens de la longueur de la gaine depuis la sortie du foyer vers l'entrée du cyclone, une première partie descendante suivie d'une partie montante.
Selon une autre caractéristique, ladite bosse est telle que le rétrécissement de hauteur dans chaque section de la gaine est plus important côté intrados que côté extrados.
L'invention va maintenant être décrite en se reportant au dessin annexé dans lequel :
  • La fig. 1, déjà commentée, représente schématiquement la disposition de l'art antérieur.
  • La fig. 2 est une vue schématique d'un séparateur cyclone comportant une gaine d'entrée selon l'invention et montrant en particulier le profil de la face intrados.
  • La fig. 3 montre isolément la gaine d'entrée selon une variante.
  • Les fig. 4, 5 et 6 sont trois vues schématiques permettant de voir une disposition complémentaire prise sur la face intrados et éventuellement sur la face extrados, de la gaine, en complément de la disposition prise sur la face intrados montrée fig. 2 ou 3.
  • Les fig. 7 et 8 sont deux vues schématiques permettant de voir une disposition complémentaire prise sur la face de plafond de la gaine d'entrée, la fig. 7 montrant la gaine d'entrée longitudinalement et la fig. 8 montrant une section transversale.
    • Ainsi, en se reportant à la fig. 2, on voit un séparateur cyclone 1 relié à la sortie fumées d'un foyer 3 par une gaine d'entrée 2. Cette figure montre les deux faces latérales de la gaine 2: la face 4A, dite face intrados et la face 5, dite face extrados.
    Conformément à l'invention, la face intrados 4A débute, au point S de départ du foyer 3, par une partie rectiligne R suivie d'une partie curviligne V comportant un point d'inflexion 6. La tangente au point d'inflexion 6 coupe l'extrados 5 au point A situé en amont du point B, pied de la perpendiculaire Δ à l'extrados menée à partir du nez D du cyclone. Cette disposition permet d'avoir une première zone 7 de prise en charge des particules solides, suivie d'une zone 8 de changement de direction des solides.
    La fig. 3 montre une variante de l'invention dans laquelle la face intrados 4B commence à partir dudit point S, comme dans la fig. 2, par une première partie ayant un profil rectiligne R suivie d'une seconde partie 4B1 également rectiligne et rejoignant le nez D du cyclone 1.
    La prolongation de la première partie au profil rectiligne R coupe l'extrados 5 en un point A situé en amont du point B, pied de la perpendiculaire à l'extrados 5 menée à partir du nez D du cyclone.
    Ainsi, grâce au profil de la face intrados 4A fig. 2 ou 4B fig. 3, les particules solides des fumées sortant du foyer 3 sont renvoyées sur la face extrados 5 à l'entrée du cyclone, on bénéficie ainsi du rayon maximal de centrifugation.
    Outre cette disposition, conforme aux fig. 2 et 3, il est avantageux de prévoir, particulièrement sur la face intrados 4A, 4B, mais aussi sur la face extrados 5, des rainures 9, comme le montre la fig. 4 qui représente schématiquement le séparateur cyclone 1 avec se gaine d'entrée 2 en élévation. Ces rainures 9 sont inclinées vers le bas depuis la sortie du foyer vers le séparateur cyclone 1. Cette disposition a pour but de favoriser la séparation gravitaire à l'entrée du cyclone.
    La fig. 5 est simplement un croquis simplifié montrant la section d'entrée des fumées dans la gaine 2 dans le sens de la flèche F de la fig. 4 et permettant de repérer les quatre faces de la gaine 2 : face intrados 4A, 4B, face extrados 5, face de plafond 10 et face de plancher 11.
    Les rainures inclinées 9, schématisées sur la fig. 4, sont effectuées sur la face extrados 5 mais peuvent l'être également sur la face intrados 4A, 4B.
    Ces rainures 9 sont inclinées d'un angle compris entre 5 et 25° par rapport à l'horizontale.
    La fig. 6 est un schéma montrant la section des rainures. Elles ont avantageusement une hauteur h comprise entre 200 et 400 mm et une profondeur inférieure à 50 mm, et elles sont séparées par des parties pleines 12 d'une hauteur h1 comprise entre 100 et 300 mm.
    Enfin, les fig. 7 et 8 montrent une disposition prise sur la face de plafond 10 de manière à ce que les particules solides, d'une part, se décollent du plafond 13 du cyclone et, d'autre part, migrent, en plafond, de la face intrados 4A, 4B vers la face extrados 5 comme le montre la flèche 14 (fig. 8), favorisant ainsi, d'une part la séparation gravitaire et d'autre part allongeant le rayon de centrifugation des particules solides.
    Cette disposition consiste, comme on le voit sur les deux fig. 7 et 8 dans une bosse de plafond 15.
    Cette bosse 15 constitue un profil gauche en trois dimensions provoquant dans le sens de la longueur de la gaine 2, comme le montre la fig. 7, d'abord, en sortie du foyer 3, une contraction de la section de la gaine puis une expansion de la section avant l'entrée dans le cyclone 1.
    Par ailleurs, dans le sens transversal, comme le montre la fig. 8 correspondant par exemple à la section VIII - VIII de la fig. 7, la bosse 15, dissymétrique, réduit la hauteur de passage dans la gaine depuis la face extrados 5 vers la face intrados 4A, 4B.
    Par exemple, pour un séparateur cyclone ayant un diamètre de 10 m, une hauteur de 25 m et une hauteur de gaine de 4 m, la bosse 15 a longitudinalement (fig. 7) une pente inférieure à 20 % sur une longueur de 5 m, soit 1 m de hauteur de bosse. Dans le sens transversal, fig. 8, la transition est progressive entre le plafond à hauteur réduite côté intrados 4 et côté extrados 5 à hauteur non réduire.

    Claims (5)

    1. Gaine d'entrée (2) de fumées dans un séparateur cyclone (1), ladite gaine comportant deux faces latérales (4A, 4B, 5) dont l'une est appelée face extrados (5) et l'autre face intrados (4A, 4B), cette dernière aboutissant au nez du cyclone D, une face de plafond (10) et une face de plancher (11), ladite face intrados (4A, 4B) qui relie le point S de début de gaine au point D du nez du cyclone ayant un profil tel qu'il comporte au moins deux tangentes distinctes telles que l'une T coupe l'extrados (5) en un point A situé en amont du pied B de la perpendiculaire à l'extrados menées du nez D du cyclone, caractérisée en ce que ladite face intrados (4A, 4B) commence à partir dudit point S par une première partie ayant un profil rectiligne R, suivi d'une seconde partie ayant un profil curviligne V à point d'inflexion (6) ou bien d'une seconde partie rectiligne (4B1) rejoignant le nez D du cyclone, ledit point S étant situé au départ du foyer.
    2. Gaine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face intrados (4A, 4B) comporte des rainures (9) inclinées vers le bas depuis la sortie du foyer vers le séparateur cyclone (1).
    3. Gaine selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la face extrados (5) comporte des rainures (9) inclinées vers le bas depuis la sortie du foyer vers le séparateur cyclone (1).
    4. Gaine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ladite face de plafond forme une bosse constituant un profil comportant, dans le sens de la longueur de la gaine (fig. 7) depuis la sortie du foyer vers l'entrée du cyclone, une première partie descendante suivie d'une partie montante.
    5. Gaine selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite bosse est telle que le rétrécissement de hauteur dans chaque section de la gaine est plus important côté intrados (4A, 4B) que côté extrados (5).
    EP00400087A 1999-01-18 2000-01-13 Gaine d'entrée de fumées dans un séparateur cyclone Expired - Lifetime EP1020229B1 (fr)

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    Application Number Priority Date Filing Date Title
    FR9900464A FR2788453B1 (fr) 1999-01-18 1999-01-18 Gaine d'entree de fumees dans un separateur cyclone
    FR9900464 1999-01-18

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP1020229A1 true EP1020229A1 (fr) 2000-07-19
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    ID=9540955

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    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP00400087A Expired - Lifetime EP1020229B1 (fr) 1999-01-18 2000-01-13 Gaine d'entrée de fumées dans un séparateur cyclone

    Country Status (7)

    Country Link
    US (1) US6322601B1 (fr)
    EP (1) EP1020229B1 (fr)
    CN (1) CN1140315C (fr)
    AT (1) ATE409524T1 (fr)
    DE (1) DE60040355D1 (fr)
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