ES2884160T3 - Ciclón con paletas de guía - Google Patents

Abstract

Un ciclón para la separación de partículas sólidas y/o al menos un líquido de un fluido, que presenta un alojamiento (2, 3), una abertura (6) de entrada para introducir el fluido junto con las partículas sólidas y/o al menos un líquido en el alojamiento (2, 3), un puerto (4) de descarga para las partículas sólidas y/o al menos un líquido, un tubo (12) de inmersión para descargar el fluido del alojamiento (3), y al menos dos paletas (10, 10a, 10b) de guía, cada una con una forma geométrica con al menos tres bordes e1, e2, e3 y estando fijada cada paleta (10, 10a, 10b) de guía directa o indirectamente al alojamiento (2, 3) con al menos un borde e3 en un punto de fijación, por lo que un área a se define como el área en sección transversal del alojamiento (2, 3) que cruza los bordes fijos e3, por lo que cada paleta (10, 10a, 10b) de guía muestra al menos dos bordes e1 y e2 que no están fijados al alojamiento (2, 3), por lo que el primer borde e1 tiene una distancia d1 y el segundo borde e2 tiene una distancia d2, y por lo que d1 < d2 a la línea central c del alojamiento (2, 3) caracterizado por que el primer borde e1 muestra una distancia 11 al área a y el segundo borde e2 muestra una distancia 12, por lo que 12 > 1,25*l1.

Description

DESCRIPCIÓN

Ciclón con paletas de guía

La invención se refiere a un ciclón para la separación de partículas sólidas y/o al menos un líquido de un fluido, que presenta un alojamiento, una abertura de entrada para introducir el fluido junto con las partículas sólidas y/o al menos un líquido en el alojamiento, un puerto de descarga para las partículas sólidas y/o al menos un líquido, un tubo de inmersión para descargar el fluido del alojamiento, y al menos dos paletas de guía, cada una con una forma geométrica con al menos tres bordes e1, e2 y e3 y estando cada paleta de guía fijada directa o indirectamente al alojamiento con al menos un borde e3 en un punto de fijación, por lo que un área a se define como el área en sección transversal del alojamiento que cruza los puntos de fijación, por lo que cada paleta de guía muestra al menos dos bordes e1 y e2 que no están fijados al alojamiento, por lo que el primer borde e1 y el segundo borde e2 tienen una distancia d2, y por lo que d1 < d2 a la línea central del alojamiento.

Para la mayoría de los diferentes tipos de aplicaciones, tales como por ejemplo una combustión en lecho fluido circular (combustión de CFB), calcinación, recuperación de aceite y para otros procesos, es necesario eliminar y/o separar sólidos o líquidos de los gases de combustión calientes o mezclas de gases de productos que contienen estos sólidos o líquidos, antes de alimentar el gas en la siguiente etapa de purificación, tal como por ejemplo un precipitador eléctrico (ESP), para cumplir con las especificaciones ambientales o, en particular, del producto.

Para estos procesos, típicamente, se utilizan ciclones de gas para filtrar partículas sólidas del gas de combustión caliente o de la mezcla de gases de producto. Pero tales ciclones también se utilizan en plantas de energía de vapor para separar agua del vapor vivo entre el generador de vapor y la turbina o para la separación de condensado en enfriadores de gas. Con hidrociclones, las partículas sólidas que están contenidas en suspensiones se pueden separar o clasificar. Con ello también se resuelven emulsiones tales como, por ejemplo, mezclas de aceite y agua.

En los diferentes campos de aplicación, en principio, el modo de funcionamiento de estos separadores centrífugos es el mismo. El fluido junto con los sólidos o líquidos contenidos en el mismo se alimenta desde la fuente de fluido a través del canal de alimentación al alojamiento del ciclón. En el interior del ciclón, la parte principal de la corriente volumétrica del fluido (aproximadamente el 90%) es forzada como una corriente principal a una trayectoria helicoidal, de modo que, debido a la fuerza centrífuga, las partículas que se van a separar son lanzadas hacia la pared del alojamiento. Esto da como resultado el hecho de que las partículas se separan de la corriente y caen o fluyen hacia bajo en la dirección del puerto de descarga. Purificándose el fluido mediante la eliminación de las partículas que salen del ciclón, por ejemplo, a través de un buscador de vórtices en forma de tubo de inmersión.

Como el flujo de líquido en un patrón helicoidal, comenzando en la parte superior (extremo ancho) del ciclón y terminando en el extremo inferior (estrecho) es la parte esencial de la eficiencia de separación, existen una serie de medidas para aumentar dicha trayectoria de flujo. Por lo tanto, la alimentación se introduce a menudo tangencialmente en el ciclón, por lo que la velocidad de entrada presenta un componente tangencial.

Adicional o alternativamente, es posible tener instalaciones adicionales para redirigir el flujo de entrada. Los diseños del estado de la técnica tienen una longitud de cuerda proyectada (proyectada en dirección axial) de la cuerda de la paleta de guía exterior que es idéntica a la cuerda interior como se describe, p. ej., en el documento DE 4329662 A1. Las paletas de guía se montan normalmente en un anillo y se colocan circularmente alrededor del buscador de vórtice o alrededor del eje medio del ciclón, como se puede encontrar, por ejemplo, en el documento WO 1993/009883 A1.

El documento US 3.504.804 A se refiere a separadores centrífugos y, más particularmente, a separadores centrífugos que se basan en un flujo de entrada tangencial de alta presión para crear una acción de vórtice para separar sólidos finamente divididos suspendidos en un fluido portador.

El documento US 2014/299540 A1 describe un separador de fuerza centrífuga para separar partículas de un fluido que tiene un alojamiento que tiene una abertura de entrada y una abertura de salida. Se proporcionan un núcleo axial y una pluralidad de álabes de guía conectados al núcleo axial, en el que el núcleo axial y los álabes de guía están dispuestos en el alojamiento. Los álabes de guía generan un flujo turbulento de un fluido que fluye a través de la abertura de entrada al interior del alojamiento en una dirección de entrada. Los álabes de guía se extienden radialmente entre una primera línea helicoidal en el núcleo axial y una segunda línea helicoidal en una pared de alojamiento del alojamiento. Un primer paso de la primera línea helicoidal es mayor que un segundo paso de la segunda línea helicoidal.

Como se ha señalado, la eficiencia de los separadores ciclónicos suele ser un parámetro, que debería ser lo más alto posible y, al mismo tiempo, se aceptan las menores pérdidas de presión posibles. Sin embargo, un aumento de la velocidad de entrada y/o una disminución del diámetro del buscador de vórtices pueden ayudar a mejorar aún más la eficiencia de separación, pero a costa de una mayor caída de presión. Lo mismo ocurre con las instalaciones adicionales en el ciclón.

Por lo tanto, el problema subyacente a la invención es la eficiencia mejorada de la separación ciclónica sin un aumento significativo de la caída de presión.

Este objeto se resuelve con un ciclón con las características de la reivindicación 1.

Tal ciclón para la separación de partículas sólidas y/o al menos un líquido de un fluido, presenta un alojamiento, una abertura de entrada para introducir el fluido junto con las partículas sólidas y/o el al menos un líquido en la carcasa, una descarga puerto para las partículas sólidas y/o al menos un líquido y un tubo de inmersión para descargar el fluido del alojamiento, preferiblemente al menos parcialmente cilíndrico.

Además, se prevén al menos dos paletas de guía. Cada paleta de guía muestra una forma geométrica con al menos tres bordes e1, e2 e3. También, cada paleta de guía se puede fijar directa o indirectamente al alojamiento con al menos un borde e3 en el punto de fijación situado en el borde e3. Sin embargo, también es posible que la paleta de guía esté fijada en dos bordes y/o al menos en partes de la distancia entre (estos) dos bordes, p. ej., e2 y e3.

Además, un área a se define como el área en sección transversal del alojamiento que se cruza con los puntos de fijación. Al menos los dos bordes e1 y e2 que no están fijados al alojamiento muestran dos distancias a la línea central c del alojamiento, por lo que el primer borde e1 tiene una distancia d1 y el segundo borde e2 tiene una distancia d2, y donde d1 < d2 a la línea central del alojamiento.

Es la parte esencial de la invención que el primer borde e1 muestre una distancia l1 al área a y el segundo borde e2 muestre una distancia l2, por lo que l2 > 1,25*l1. Al introducir paletas de guía envueltas que tienen una longitud de cuerda exterior al menos un 25% mayor proyectada en la dirección del ciclón axial, las partículas o gotitas de líquido se pueden dirigir no solo en una trayectoria tangencial, sino también simultáneamente hacia las paredes exteriores del ciclón. Una vez que se acumulan allí, ya no se sienten atraídas por el núcleo de baja presión en el vórtice interior del ciclón.

La suma de las paletas de guía envueltas con una longitud aumentada de la cuerda exterior proyectada axialmente permite que las partículas se desplacen hacia la pared del alojamiento, desde ubicaciones cercanas al eje medio de los ciclones. Esto se garantiza a través de una inclinación continua de la superficie del álabe.

La invención es de interés específico para ciclones axiales en los que el puerto de descarga está dispuesto opuesto a la abertura de entrada, ya que esta disposición no proporciona una alimentación con un componente tangencial. Sin embargo, también se puede utilizar para mejorar el rendimiento de ciclones tangenciales.

Además, se prefiere que la forma geométrica presente al menos cuatro bordes (e1, e2, e3, e4). Como resultado, se amplía el área total de cada paleta de guía y, por lo tanto, su efecto. Preferiblemente, dos de los cuatro bordes, a saber, e3 y e4, se fijan ambos directamente o ambos indirectamente o uno directamente y otro indirectamente.

Como una realización específica, la forma geométrica es un trapezoide, por lo que preferiblemente la conexión entre los dos bordes e1 y e2 es uno de los lados paralelos del trapezoide. Así, se simplifica la producción así como también el mantenimiento de las paletas de guía. La utilización de un trapezoide permite además una fijación en un lado, preferiblemente entre el borde 3 y el borde 2.

Adicional, o alternativamente, se prefiere que al menos una paleta de guía esté curvada en un eje. Así, se establece un parámetro adicional para influir en las velocidades radial y circunferencial en el ciclón.

En este contexto, lo más preferido es que el radio de la curva cambie a lo largo de la distancia entre el borde e3 y el borde e1 o el borde e2. Como resultado, se puede optimizar la eficiencia de la separación.

En otra realización preferida, al menos dos de las paletas de guía están montadas sobre un elemento de soporte que está fijado al alojamiento. Este elemento de soporte presenta preferiblemente al menos 4, más preferiblemente 6 e incluso más preferiblemente al menos 10 paletas de guía y está montado en el círculo interior del alojamiento. Preferiblemente, es circular y/o las paletas de guía están distribuidas uniformemente. En caso de que se utilice un elemento de soporte, el área descrita por el elemento de soporte, p. ej., un círculo definido por un anillo, es el área a. También es posible utilizar más de un elemento de soporte en un ciclón.

En otro aspecto de la invención se ha encontrado que la geometría especial de las paletas de guía requiere una distancia entre el área a y la abertura del tubo de inmersión en el alojamiento que es como máximo /- 40%, preferiblemente como máximo /- 20%, incluso más preferido como máximo /-10% de la longitud total del alojamiento para garantizar la máxima eficiencia de separación. Adicional o alternativamente, las paletas de guía están previstas a una altura de entre 60 y 100%, preferiblemente 80 y 100%, incluso más preferiblemente 90 y 100% y lo más preferible entre 95 y 100% de la longitud total del alojamiento medida desde el puerto de descarga. La longitud total del alojamiento se define como la longitud entre la tapa y el puerto de descarga.

La invención también se extiende a diferentes formas del tubo de inmersión. La distancia entre la abertura del tubo de inmersión y la tapa del alojamiento puede estar entre el 0 y el 70% de la longitud total del alojamiento. A una distancia del 0%, el tubo de inmersión se cierra al ras con la tapa del alojamiento y, por lo tanto, ya no se sumerge en el ciclón. Se prefiere una distancia máxima del 40%, especialmente una distancia máxima del 20% y especialmente una distancia máxima del 10% de la longitud total del alojamiento.

Además, se prefiere utilizar la invención en múltiples ciclones con una pre-cámara común para introducir el fluido junto con las partículas sólidas y/o al menos un líquido ya que esta disposición requiere ciclones axiales.

Además, la invención también cubre un elemento de soporte con las características de la reivindicación 10.

Tal elemento de soporte comprende al menos cuatro paletas de guía en las que cada paleta de guía muestra una forma geométrica con al menos tres bordes e1, e2 y e3, por lo que al menos un borde e3 está fijado al elemento de soporte en puntos de fijación. Cada paleta de guía muestra al menos dos bordes e1 y e2 que no están fijados al elemento de soporte, por lo que el primer borde e1 tiene una distancia d1 y el segundo borde e2 una distancia d2, y por lo que d1 < d2 a una línea central caracterizada por que el elemento de soporte forma un área a y por que el primer borde e1 muestra una distancia 11 al área a y el segundo borde e2 muestra una distancia l2, por lo que l2 > 1,25*l1.

Otros objetivos, características, ventajas y posibles aplicaciones de la invención también se pueden extraer de la siguiente descripción de los dibujos adjuntos y del ejemplo. Todas las características descritas y/o ilustradas forman el objeto de la invención per se o en cualquier combinación, independientemente de su inclusión en las reivindicaciones individuales o sus referencias posteriores.

En los dibujos:

La Fig. 1a muestra una sección longitudinal de un ciclón tangencial de acuerdo con una primera realización,

La Fig. 1b muestra una sección a través de la abertura de entrada del ciclón de la Fig. 1a,

La Fig. 1c muestra una sección longitudinal de un ciclón axial,

La Fig. 2 muestra un elemento de soporte con paletas guía de acuerdo con el estado de la técnica y

La Fig. 3 muestra un elemento de soporte con paletas de guía de acuerdo con la invención.

La construcción básica de un ciclón tangencial 1 como se utiliza para la separación de sólidos o líquidos de una corriente de fluido se muestra esquemáticamente en la Fig. 1a.

El ciclón 1 de acuerdo con la presente invención comprende una parte cilíndrica superior 2 del alojamiento y una parte cónica inferior 3 del alojamiento. La parte cilíndrica 2 del alojamiento y la parte cónica 3 del alojamiento forman juntas el alojamiento 2, 3 del ciclón 1, es decir, el alojamiento 2, 3 del ciclón. El extremo superior del alojamiento 2, 3 del ciclón está cerrado con una tapa 5 del alojamiento.

Un tubo de inmersión o buscador 12 de vórtices se inserta en una abertura central de la tapa 5 del alojamiento de modo que el tubo 12 de inmersión se extiende parcialmente fuera y parcialmente dentro del alojamiento 2, 3 del ciclón.

Un canal 7 de alimentación está conectado con su primer extremo con una abertura 6 de entrada en la parte cilíndrica 2 del alojamiento del ciclón 1. Con el segundo extremo, el canal 7 de alimentación puede, por ejemplo, estar conectado con la abertura de descarga de un alto horno/lecho fluidizado. La abertura 6 de entrada y el canal 7 de alimentación que se coloca directamente sobre ella están dispuestos en el extremo superior de la parte cilíndrica 2 del alojamiento. Preferiblemente, en este caso, la pared superior 9 del canal 7 de alimentación y la tapa 5 del alojamiento están dispuestas de manera coplanaria.

Típicamente, el ciclón 1 está dispuesto de tal manera que la parte cónica 3 del alojamiento esté orientada hacia bajo en la dirección del campo gravitacional. En su punto más bajo, se proporciona el puerto 4 de descarga a través del cual se pueden descargar las partículas y/o el líquido que se ha extraído de la corriente de fluido.

Durante el funcionamiento, la corriente de fluido junto con las partículas se alimenta a través del canal 7 de alimentación y la abertura 6 de entrada a la parte 2 del alojamiento. Esto se efectuó de una manera típicamente tangencial (cf. Fig. 1b) de modo que se induzca un movimiento circular de la corriente de fluido. La corriente de fluido se mueve en una trayectoria helicoidal desde la abertura 6 de entrada en la dirección de la región cónica 3. Debido a la fuerza centrífuga las partículas son transportadas a la pared exterior del ciclón 1 y allí, por efecto de la gravitación, se mueven en la dirección del puerto 4 de descarga. El gas purificado o, en el caso de un hidrociclón, el líquido purificado sale del ciclón 1 hacia arriba a través del tubo de inmersión 12.

De acuerdo con la invención, el ciclón 1 presenta al menos dos paletas 10a, 10b de guía. Estas paletas 10a, 10b de guía están montadas de tal manera que un área a se define como el área en sección transversal del alojamiento que se cruza con los puntos de fijación, por lo que cada paleta de guía muestra al menos dos bordes e1 y e2 que no están fijados al alojamiento. El primer borde e1 tiene una distancia d1 y el segundo borde e2 tiene una distancia d2 al eje central del ciclón, por lo que d1 < d2 a la línea central del alojamiento.

La Fig. 1c está dirigida a un ciclón axial. Sin embargo, la única diferencia es la posición del canal 7 de alimentación que introduce la corriente de entrada que comprende un fluido con partículas y/o gotitas de líquido desde la parte superior del ciclón 1.

La Fig. 2 muestra las paletas 10 de guía conocidas en el estado de la técnica con más detalle. Todas las paletas 10 de guía están fijadas a un elemento de soporte, que también se utiliza para instalar las paletas 10 de guía en el ciclón 1. En caso de que se utilice un elemento de soporte, el área descrita por el elemento de soporte, p. ej., un círculo definido por un anillo, es el área a.

Como se puede ver en la Fig. 2, ambos bordes e1 y e2, que no están fijados al elemento de soporte, muestran la misma distancia al área a.

La Fig. 3 representa un diseño de las paletas 10 de guía que se montan en un elemento 11 de soporte, que también define el área a. La distancia desde el primer borde e1 al área a se define como longitud l1 mientras que la distancia desde el segundo borde e2 al área a se define como longitud l2. Ambas longitudes l1 y l2 dependen la una de la otra de tal manera que l2 > 1,25*l1.

Lista de números de referencia:

1 ciclón

2 parte cilíndrica del alojamiento

3 parte cónica del alojamiento

4 puerto de descarga

5 tapa del alojamiento

6 abertura de entrada

7 canal de alimentación

8 pared interior del canal de alimentación

9 pared superior del canal de alimentación

10a, b paleta de guía

11 elemento de soporte

12 tubo de inmersión

a área descrita por los puntos de fijación de las paletas de guía

c eje central del ciclón

e1 - e4 bordes de la paleta guía

d1, d2 distancia de un borde al eje central del ciclón

l1, l2 distancia de un borde al área a

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un ciclón para la separación de partículas sólidas y/o al menos un líquido de un fluido, que presenta un alojamiento (2, 3), una abertura (6) de entrada para introducir el fluido junto con las partículas sólidas y/o al menos un líquido en el alojamiento (2, 3), un puerto (4) de descarga para las partículas sólidas y/o al menos un líquido, un tubo (12) de inmersión para descargar el fluido del alojamiento (3), y al menos dos paletas (10, 10a, 10b) de guía, cada una con una forma geométrica con al menos tres bordes e1, e2, e3 y estando fijada cada paleta (10, 10a, 10b) de guía directa o indirectamente al alojamiento (2, 3) con al menos un borde e3 en un punto de fijación, por lo que un área a se define como el área en sección transversal del alojamiento (2, 3) que cruza los bordes fijos e3, por lo que cada paleta (10, 10a, 10b) de guía muestra al menos dos bordes e1 y e2 que no están fijados al alojamiento (2, 3), por lo que el primer borde e1 tiene una distancia d1 y el segundo borde e2 tiene una distancia d2, y por lo que d1 < d2 a la línea central c del alojamiento (2, 3) caracterizado por que el primer borde e1 muestra una distancia 11 al área a y el segundo borde e2 muestra una distancia 12, por lo que 12 > 1,25*l1.

2. El ciclón según la reivindicación 1, caracterizado por que el puerto (4) de descarga está dispuesto opuesto a la abertura (6) de entrada.

3. El ciclón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la forma geométrica presenta al menos cuatro bordes e1, e2, e3 y e4, por lo que dos bordes e3 y e4 están fijados directa o indirectamente.

4. El ciclón según la reivindicación 3, caracterizado por que la forma geométrica es un trapezoide y la conexión entre los dos bordes e1 y e2 es uno de los lados paralelos del trapezoide.

5. El ciclón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos una paleta (10, 10a, 10b) de guía está curvado en un eje.

6. El ciclón según la reivindicación 5, caracterizado por que el radio de la curva cambia a lo largo de la distancia entre el borde e1 y el borde e3 y/o el borde 2 y el borde e3.

7. El ciclón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos dos de las paletas (10, 10a, 10b) de guía están montadas sobre un elemento (11) de soporte que está fijado al alojamiento (2, 3).

8. El ciclón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la distancia entre el área a y la abertura del tubo (12) de inmersión en el alojamiento es como máximo el 40% de la longitud total del alojamiento (2, 3) y/o por que la distancia entre el área a y la abertura del tubo (12) de inmersión esté a una altura de entre el 60 y el 100% de la longitud total del alojamiento medida desde el puerto de descarga.

9. El ciclón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la distancia entre la abertura del tubo (12) de inmersión y la tapa (5) del alojamiento está comprendida entre el 0 y el 70% de la longitud total del alojamiento (2, 3).

10. Elemento (11) de soporte con al menos cuatro paletas de guía, por lo que cada paleta de guía muestra una forma geométrica con al menos tres bordes e1, e2 y e3, por lo que al menos un borde e3 está fijado al elemento (11) de soporte en puntos de fijación, por lo que cada paleta (10, 10a, 10b) de guía muestra al menos dos bordes e1 y e2 que no deberían estar fijados al elemento (11) de soporte, por lo que el primer borde e1 tiene una distancia d1 y el segundo borde e2 una distancia d2 , y por lo que d1 < d2 a una línea central c, caracterizado por que el elemento (11) de soporte forma un área a y por que el primer borde e1 muestra una distancia 11 al área a y el segundo borde e2 muestra una distancia l2, por lo que l2 > -1,25*l1.