ES2638814T3 - Separador ciclónico cónico de vapor/agua - Google Patents

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ES2638814T3 ES08251805.1T ES08251805T ES2638814T3 ES 2638814 T3 ES2638814 T3 ES 2638814T3 ES 08251805 T ES08251805 T ES 08251805T ES 2638814 T3 ES2638814 T3 ES 2638814T3
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Abstract

Un separador ciclónico (40) para separar vapor de agua en una mezcla de vapor/agua, que comprende: un alojamiento de separador que tiene una porción cónica (41) con una longitud axial, un borde superior y un borde inferior, una porción de salida de vapor cilíndrica superior (50) conectada al borde superior de la porción cónica (41) y que tiene una abertura central para descargar vapor del alojamiento; una porción de salida de agua cilíndrica inferior (42) que tiene un anillo de salida de agua inferior (44) para descargar agua del alojamiento; y una entrada de mezcla de vapor/agua axialmente alargada (46) conectada tangencialmente al alojamiento, teniendo la entrada (46) una relación entre anchura y altura de aproximadamente 1:4, ascendiendo una longitud axial a aproximadamente el 50 % de la longitud axial del alojamiento, la entrada (46) incluye una pared tangencial exterior (48) y una pared interior (54) que tiene un borde interior (52), teniendo la entrada (46) una anchura superior entre la pared exterior (48) y el borde interior (52) de aproximadamente 68 mm (2 11/16 pulgadas) y en el que la entrada (46) se extiende por toda la longitud axial de la porción cónica (41).

Description

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DESCRIPCION
Separador ciclonico conico de vapor/agua Campo y antecedentes de la invencion
La presente invencion se refiere en general a separadores ciclonicos para separar agua de vapor, en el tambor de vapor de una caldera.
La Patente de Estados Unidos N.° 2.271.634 concedida a Fletcher divulga un separador ciclonico cilmdrico que tiene una camara vorticial circular, una entrada tangencial, una salida de vapor central ubicada en la parte superior de la camara vorticial circular y una salida de agua ubicada en la parte inferior de la camara vorticial. Para evitar que el agua se descargue a traves de la salida de vapor, se proporcionan medios para aumentar el componente descendente del vapor entrante de la mezcla de vapor y agua. Este medio es una placa segmentada que tiene bordes inclinados hacia abajo y hacia atras que provocan que la mezcla entrante de vapor y agua se desvfe hada abajo hacia la salida de agua del separador.
La Patente de Estados Unidos N.° 2.293.740 concedida a Kooistra divulga un separador ciclonico similarmente disenado que no utiliza la placa segmentada, sino que emplea una copa inferior en la parte inferior de la camara vorticial que confina el vapor a la porcion superior de la camara vorticial y evita que descienda en el agua separada a medida que se descarga de la camara vorticial, en el tambor.
La Patente de Estados Unidos N.° 2.298.285 concedida a Fletcher divulga otra variacion del separador ciclonico cilmdrico empleando esta vez una llanta o tapa en la parte superior de la salida de vapor de separador ciclonico junto con la placa segmentada. La llanta actua para mejorar la separacion de agua y reducir la cafda de presion en el separador.
La Patente de Estados Unidos N.° 2.321.628 concedida a Rowand et al. divulga un separador ciclonico que esta mas cerca en configuracion a la norma presente mostrada en la Figura 1 de la presente solicitud. La camara vorticial de circulador en esta referencia es el tronco de un cono en la porcion superior y sustancialmente cilmdrica en la porcion inferior en la que se descarga el agua. De nuevo, se emplea una entrada tangencial para llevar la mezcla de vapor agua dentro del separador ciclonico y es de una extension vertical sustancialmente igual que la de la porcion ahusada de la camara vorticial. La configuracion ahusada actua para dirigir la mezcla de vapor agua que entra en una direccion ligeramente hacia abajo para evitar la propagacion hacia arriba del agua desviada y mejorar separado del vapor de la misma.
La Patente de Estados Unidos N.° 2.346.672 concedida a Fletcher divulga un separador ciclonico sustancialmente cilmdrico teniendo esta vez en lugar de una entrada tangencial una gran entrada de vapor/agua que se extiende por una gran fraccion del penmetro del separador ciclonico. Como se indica en la referencia, la entrada puede extenderse a aproximadamente 1/3 del penmetro del separador ciclonico para proporcionar capacidades de flujo adecuadas. Un objeto es producir un separador o densificador que opera de forma efectiva con cafda de presion baja de modo que puede usarse ventajosamente donde unicamente hay disponible una pequena carga de presion.
La Patente de Estados Unidos N.° 2.395.855 concedida a Fletcher divulga un separador sustancialmente ciclonico cilmdrico que tiene una entrada tangencial y en el que el centro de salida de vapor se ubica excentrico del centro de camara vorticial para efectuar separacion mejorada de vapor del agua. Este diseno tambien emplea la placa segmentada vista en las patentes descritas anteriormente.
La Patente de Estados Unidos N.° 2.402.154 concedida a Fletcher y la anteriormente mencionada Patente de Estados Unidos N.° 2.395.855 son ambas divisiones de la misma solicitud. La patente 2.395.855 se refiere al tipo particular del propio separador de fluido; mientras la patente 2.402.154 se refiere a la combinacion de este dispositivo en un generador de vapor.
La Patente de Estados Unidos N.° 2.434.637 concedida a Brister, Patente de Estados Unidos N.° 2.434.663 concedida a Letvin y Patente de Estados Unidos N.° 2.434.677 concedida a Stillman todas se refieren a diversos aspectos del cono perforado usado en la parte superior del separador ciclonico para mejorar la separacion del vapor del agua.
La Patente de Estados Unidos N.° 2.532.332 concedida a Rowand se refiere a la construccion particular de los separadores que hoy generalmente se consideran como depuradores secundarios.
La Patente de Estados Unidos N.° 2.732.028 concedida a Coulter tambien se refiere a un dispositivo separador ciclonico muy similar al empleado en este momento. El separador ciclonico tiene la anteriormente mencionada seccion superior troncoconica y seccion inferior generalmente cilmdrica con una entrada de vapor agua tangencial ubicada en el lado de la seccion troncoconica. El enfasis general de esta referencia se refiere a medios de simplificacion de la construccion para accesibilidad y reparacion de los elementos ubicados en el tambor de vapor.
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Esto se logra dividiendo el espacio de vapor en el tambor en compartimentos separados, uno o mas de los cuales estan abiertos al espacio de agua en el tambor dando lugar a las valvulas de seguridad de tambor necesarias mientras uno o mas de los otros compartimentos estan abiertos a los separadores de vapor y agua del tambor dando lugar a las salidas de vapor saturadas. Se usan particiones para lograr esta division y son efectivas en el mantenimiento de la separacion de los componentes de tambor durante operacion normal pero se rompen facilmente cuando las valvulas de seguridad se abren.
La Patente de Estados Unidos N.° 2.891.632 concedida a Coulter se refiere a un separador de vapor ciclonico bastante similar al divulgado en la patente de Fletcher mencionada antes (Patente de Estados Unidos N.° 2.346.672) con la excepcion de que en lugar de estar la entrada de vapor agua ubicada unicamente aproximadamente a lo largo de 1/3 de la circunferencia del separador, este separador ciclonico tiene toda la circunferencia provista de un conjunto de paletas que "cortan" la mezcla de vapor agua entrante en finas laminas para mejorar la separacion del vapor del agua.
La Patente de Estados Unidos N.° 5.033.915 concedida a Albrecht tambien se refiere a un separador de vapor ciclonico. El separador ciclonico es una version modificada del separador ciclonico conico normal que proporciona una cafda de presion baja que el ciclon conico normal para un numero equivalente de o una capacidad de vapor equivalente de los separadores. La principal modificacion de este separador es que la entrada tangencial del separador ciclonico se ha alargado en 7,62 centimetres. Este aumento de longitud aumenta el area de flujo de entrada ciclonico en un 28 %.
La Figura 1 es una vista en seccion lateral de un separador ciclonico convencional que esta en uso actual por el cesionario de la presente solicitud.
El separador ciclonico convencional generalmente se designa 4 y comprende una porcion conica 8 a la que se conecta una entrada 6 de vapor/agua conectada tangencialmente alargada verticalmente. La entrada 6 corresponde en longitud axial a la longitud axial de la porcion conica 8.
Separador ciclonico 4 incluye una salida de vapor cilrndrica superior 10 que, en uso, esta rodeada por una tapa con una cubierta perforada (no mostrado).
Una salida de agua cilrndrica inferior 12, que tiene un anillo de salida de agua 14, se conecta con la parte inferior de la porcion conica 8 para descargar agua que ha sido separada de la mezcla de vapor/agua.
El separador ciclonico convencional de la Figura 1 podna mejorarse disminuyendo la cafda de presion sin afectar negativamente al condensador del separador.
La Figura 2 es una vista en seccion lateral de un separador ciclonico 20 descrito en Patente de Estados Unidos N.° 5.033.915. El separador ciclonico 20 incluye una entrada tangencial 26 que se extiende en la porcion cilrndrica inferior 22 del separador ciclonico 20. Vapor que pasa a traves del separador ciclonico 20 se descarga a traves de la salida de vapor cilrndrica superior 30. Una porcion cilrndrica inferior 22 que tiene una salida de agua 24 en forma de anillo, se conecta a la parte inferior de la porcion conica 21 para descargar agua que se ha separado de la mezcla de vapor/agua. La anchura de la entrada 26 del separador ciclonico 20 se define mediante la pared exterior tangencial 28 y el borde interior 32 de una pared interior 34.
Sumario de la invencion
Aspectos y realizaciones particulares se exponen en las reivindicaciones independientes y dependientes adjuntas.
La presente invencion intenta mejorar el separador ciclonico de la Figura 1 disminuyendo su cafda de presion sin afectar negativamente a su capacidad. La presente invencion tambien intenta proporcionar un rendimiento de evaluacion del separador ciclonico de la Figura 2 y 3 mientras permite que el dispositivo se instale en tambores de vapor de diametro mas pequeno.
La presente invencion proporciona un separador ciclonico conico modificado para aplicaciones que requieren una cafda de presion mas baja que la que proporcionana un ciclon conico normal, para un numero equivalente de o una capacidad de vapor equivalente de los separadores. El nuevo ciclon conico proporciona capacidad aumentada tanto para vapor como agua, cafda de presion baja y no se ve afectado por fluctuaciones de nivel de agua. Este nuevo tipo de separador ciclonico conico de cafda de presion baja es una version modificada del separador ciclonico conico normal y un diseno de longitud mas corta del separador ciclonico conico de presion baja proporcionado en las Figuras 2 y 3. Una principal diferencia entre este separador y el separador ciclonico conico normal es que la nueva entrada tangencial de separador ciclonico se ha ensanchado en 11 mm (7/16 pulgadas). Este aumento de longitud aumenta el area de flujo de entrada ciclonico en un 28 %.
El ensanchamiento de la entrada tangencial extiende la configuracion de entrada horizontal en porcion conica del separador ciclonico mientras que mantiene la misma longitud que el ciclon conico normal. Esto difiere del separador
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ciclonico de ca^da de presion baja proporcionado en las Figuras 2 y 3. El ciclon de ca^da de presion baja tema una entrada tangencial alargada y una mayor longitud total resultante. La presente invencion proporcionara un separador ciclonico conico que tendra la misma longitud el separador ciclonico conico normal y un area de flujo equivalente del separador ciclonico conico de cafda de presion baja. Por lo tanto, la envoltura espacial total que ocupaba el separador ciclonico de la presente invencion en el tambor de vapor se mantiene sustancialmente el mismo que un ciclonico conico normal.
En el separador ciclonico convencional de la Figura 1, la longitud axial de la porcion conica del separador, y tambien la longitud axial coexistente de la entrada, equivale a aproximadamente 1/2 del total de la altura del separador. De acuerdo con la presente invencion, la longitud axial de la entrada permanecera la misma pero la longitud horizontal de la entrada aumentara en aproximadamente 11 mm (7/16 de pulgada) que equivale a aproximadamente un 28 % de aumento en el area de flujo de la abertura de entrada y un aumento de la anchura total de la entrada de separador de aproximadamente un 16 %.
Se ha encontrado que esta modificacion disminuye sustancialmente la cafda de presion del separador cuando se compara con el separador normal sin afectar negativamente la capacidad del separador. La modificacion tambien se ha mostrado que es aproximadamente tan efectiva como el separador ciclonico de cafda de presion baja en las Figuras 2 y 3 en alcanzar cafda de presion disminuida sin afectar negativamente la capacidad del separador. Un beneficio principal de esta invencion es el poder incorporar un separador ciclonico de cafda de presion baja en tambor de vapor que puede no aceptar la mayor longitud del separador ciclonico de cafda de presion baja proporcionada en las Figuras 2 y 3.
Las diversas caractensticas de novedad que caracterizan la invencion se senala con particularidad en las reivindicaciones adjuntas a y que forman parte de esta divulgacion. Para un mejor entendimiento de la invencion, sus ventajas operativas y beneficios espedficos alcanzados mediante sus usos, se hace referencia a los dibujos adjuntos y materia descriptiva en la que se ilustra una realizacion preferida de la invencion.
Breve descripcion de los dibujos
En los dibujos:
la Figura 1 es una vista en seccion vertical de un separador ciclonico conico convencional;
la Figura 2 es un separador ciclonico de cafda de presion baja descrito en Patente de Estados Unidos N.° 5.033.915;
la Figura 3 es una vista en seccion horizontal del separador mostrado en la Figura 2;
la Figura 4 es una vista en seccion vertical de un separador ciclonico de la presente invencion;
la Figura 5 es una vista en seccion horizontal del separador mostrado en la Figura 4;
la Figura 6A es un grafico que muestra arrastre de humedad frente a flujo de vapor para el separador ciclonico
convencional y el separador de cafda de presion baja descrito en Patente de Estados Unidos N.° 5.033.915;
la Figura 6B es un grafico que muestra arrastre de humedad frente a flujo de vapor para el separador ciclonico convencional y el separador ciclonico de cafda de presion baja de longitud regular de la presente invencion;
la Figura 7A es un grafico que muestra cafda de presion de ciclon conico frente a flujo de vapor para el separador ciclonico convencional y el separador ciclonico conico de cafda de presion baja descrito en Patente de Estados Unidos N.° 5.033.915;
la Figura 7B es un grafico que muestra cafda de presion de ciclon conico frente a flujo de vapor para el separador ciclonico convencional y el separador ciclonico de cafda de presion baja de longitud regular de la presente invencion;
la Figura 8 es un grafico que muestra arrastre de humedad frente a flujo de vapor para el separador ciclonico convencional y el separador ciclonico de cafda de presion baja de longitud regular;
la Figura 9A es una entrada tangencial de un separador ciclonico de la presente invencion; y
la Figura 9B es una caja de conexion para conectar la entrada tangencial mostrada en la Figura 9A a, por ejemplo, una lmea de vapor saturada.
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Descripcion de la realizacion preferida
Haciendo referencia a los dibujos en particular, en el que numeros de referencia similares designan los mismos elementos o de funcionalidad similar a traves de todos los diversos dibujos y a las Figuras 4 y 5 en particular, la invencion incorporada en las Figuras 4 y 5 comprende un separador ciclonico conico generalmente designado 40 que se monta dentro de un tambor de vapor (no mostrado). Preferentemente, el separador ciclonico 40 se adapta para montaje dentro de un tambor de vapor que tiene un diametro interno de menos de 152,4 centimetres.
El proposito de un separador ciclonico es mejorar la eficiencia de separacion entre vapor y agua en una mezcla de vapor/agua, arremolinando la mezcla a gran velocidad alrededor del interior del separador. La mayor masa del agua provoca que se mueva hacia el exterior de la corriente arremolinada que deja una concentracion de vapor que se descarga a traves de la salida cilrndrica superior 50. El vapor se separa adicionalmente de la salida 50 y trata mediante depuradores convencionales y otro equipo (no mostrado).
El agua que se ha retirado de la mezcla se descarga a traves de una porcion cilrndrica inferior 42 y una salida de agua 44 con forma de anillo en la parte inferior del separador 40. El separador 40 incluye una porcion conica principal 41.
Una entrada 46 de vapor/agua conectada tangencialmente alargada axialmente se conecta al separador. Como se muestra mejor en la Figura 5, la abertura tangencial entre la entrada 46 y el interior de separador 40, equivale a aproximadamente 1/3 de la circunferencia del separador 40. Como con los separadores ilustrados en las Figuras 1, 2 y 3, el separador 40 de las Figuras 4 y 5 tiene un diametro interno maximo de aproximadamente 292 mm (11,5 pulgadas), teniendo la entrada 46 una anchura, en la seccion horizontal superior, de 68 mm (2 11/16 pulgadas) entre una pared exterior tangencial 48 y el borde interior 52 de una pared interior 54. Vease tambien la Figura 9A. De acuerdo con la presente invencion, la relacion entre anchura y altura para la entrada 46 es por lo tanto aproximadamente de 1:4. En el separador convencional de la Figura 1, esta relacion es aproximadamente de 1:5 y para el separador de cafda de presion baja de las Figuras 2 y 3, esta relacion es aproximadamente de 1:6,5
En una realizacion, una longitud axial de la entrada 46 es aproximadamente de 1/2 de la longitud axial del alojamiento o separador ciclonico 40.
Se han realizado pruebas exhaustivas para comparar el rendimiento del nuevo separador ciclonico conico 40 de las Figuras 4 y 5, del rendimiento del separador convencional de la Figura 1 y el separador de cafda de presion baja de las Figuras 2 y 3.
En las Figuras 6 - 8, el rendimiento del separador ciclonico de cafda de presion baja 40 de la presente invencion se compara con el separador ciclonico normal y el separador de cafda de presion baja mas alto mostrado en las Figuras 2 y 3. Como se muestra en la Figura 6 la capacidad de flujo de vapor para los separadores es la misma. En la Figura 6, dependiendo del flujo y condiciones de presion, la reduccion en cafda de presion puede oscilar entre un 25 % y 40 %.
Basandose en los datos mostrados en las Figuras 6 - 8, el rendimiento del nuevo separador ciclonico conico de presion baja 40 se ha formulado como sigue: (1) capacidad de vapor es la misma que el separador ciclonico conico normal de diametro interno de 292 mm (11,5 pulgadas) y (2) la cafda de presion es un 30 % menor que el separador ciclonico conico normal de diametro interno de 292 mm (11,5 pulgadas).
De acuerdo con la presente invencion, por lo tanto una relativamente simple modificacion produce resultados sustancialmente mejorados de una manera inesperada.

Claims (2)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un separador ciclonico (40) para separar vapor de agua en una mezcla de vapor/agua, que comprende:
    5 un alojamiento de separador que tiene una porcion conica (41) con una longitud axial, un borde superior y un borde inferior, una porcion de salida de vapor cilmdrica superior (50) conectada al borde superior de la porcion conica (41) y que tiene una abertura central para descargar vapor del alojamiento;
    una porcion de salida de agua cilmdrica inferior (42) que tiene un anillo de salida de agua inferior (44) para descargar agua del alojamiento; y
    10 una entrada de mezcla de vapor/agua axialmente alargada (46) conectada tangencialmente al alojamiento, teniendo la entrada (46) una relacion entre anchura y altura de aproximadamente 1:4, ascendiendo una longitud axial a aproximadamente el 50 % de la longitud axial del alojamiento, la entrada (46) incluye una pared tangencial exterior (48) y una pared interior (54) que tiene un borde interior (52), teniendo la entrada (46) una anchura superior entre la pared exterior (48) y el borde interior (52) de aproximadamente 68 mm (2 11/16
    15 pulgadas) y en el que la entrada (46) se extiende por toda la longitud axial de la porcion conica (41).
  2. 2. El separador ciclonico (40) de la reivindicacion 1, en el que el alojamiento tiene un diametro interno maximo de 292 mm (11,5 pulgadas).
    20 3. El separador ciclonico (40) de la reivindicacion 1, en el que la entrada (46) tiene una anchura inferior mayor que la
    anchura superior y en el que la entrada (46) termina en la porcion cilmdrica inferior (42).
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