FI98131C - Menetelmä kaasumaisille väliainevirtauksille tarkoitetun syklonierottimen erotustehokkuuden parantamiseksi - Google Patents

Description

98131

Menetelmä kaasumaisille väliainevirtauksille tarkoitetun syklonierottimen erotustehokkuuden parantamiseksi Förfarande för att förbättra separationseffekten av en cyklonseparator avsedd för gasformiga medieströmmar 5

Keksinnön kohteena on menetelmä kaasumaisille väliainevirtauksille 10 tarkoitetun syklonierottimen erotustehokkuuden parantamiseksi, jossa syklonierottimessa puhdistettava kaasumainen väliainevirtaus virtaa syklonierottimeen sisäänvirtausyhteen kautta ja joutuu syklonierottimen sisällä pyörivään virtausliikkeeseen, joka syklonierottimen kartiomai-sen alaosan alapäässä muuttuu vastakkaiseen suuntaan virtaavaksi pyöri -15 väksi trombivirtaukseksi, ja jossa menetelmässä sisään tulevasta väli-ainevirtauksesta otetaan osavirtaus, joka johdetaan syklonierottimen keskusputken läpi kulkevan osavirtausputken kautta muodostunutta trom-bivirtausta vasten, jolloin osavirtaus hajottaa trombivirtauksen ja estää siten kiintoaineksen kulkeutumisen trombivirtauksen mukana kes-20 kusputken kautta puhdistetun väliainevirtauksen ulosvirtaukseen.

Syklonierottimia käytetään tunnetusti kaasuvirtauksissa olevien kiinto- ainehiukkasten erottamiseksi. Syklonierottimessa kaasumainen väliaine- virtaus joutuu syklonierottimen sisällä keskipakoisvirtaukseen, joka . 25 pyörii syklonin sisällä yleensä ylhäältä alaspäin virraten. Syklonin \ : toimiessa pystyasennossa kaasumaisen väliainevirtauksen sisäänmeno on • · · . . syklonierottimen yläreunassa, jolloin sisään virtaava kaasumainen väli- • · · **'.1 ainevirtaus alkaa pyöriä sylinterimäisen syklonierottimen sisäpuolella • · · • · • 1 alaspäin. Kun pyörivä väliainevirtaus virtaa alaspäin syklonierottimen • ♦ · ’·’ 1 30 kartiomaiseen alaosaan virtausnopeutensa säilyttäen, kiihtyy pyörivä väliainevirtaus tietyllä kulmanopeudella. Kun pyörivä väliainevirtaus ·,·.1 saavuttaa syklonierottimen kartiomaisen alaosan pohjan, joutuu pyörivä • ♦ · ί I ί väliainevirtaus kääntymään ylöspäin samalla säilyttäen pyörimissuuntan- ^ j sa. Syklonierottimen alapään alimmassa kohtaa syntyy tällöin tunnetusti 35 ns. trombi-efekti, mikä esim. kesäisin näkyy tuulen pyörteissä.

’·· Usein tällaisiin trombi-pyörteisiin imeytyy pölyä ym. kiintoaineita, : : jotka trombipyörre kuljettaa mukanaan nostaen ne korkeallekin. Kiinto- 2 98131 aineet pääsevät vasta trombi-pyörteen hajotessa putoamaan vapaasti ja irtoamaan trombista ympäristöön.

Periaatteessa samoin käy syklonierottimessakin alapään kartiomaisen 5 osan sisällä muodostuvan trombin kanssa. Trombi-pyörre vie aina mukanaan osan sykloniin kaasumaisen väliainevirtauksen mukana tulleesta pölystä tai kiintoainehiukkasista. Tämän johdosta syklonierottimia ei yleensä voida pitää kovinkaan hyvinä pölynerottimina, koska trombi-virtauksen mukana syklonierottimesta voi virrata ulos suuriakin pöly-10 hiukkasia, minkä johdosta nykyisin tunnetuilla syklonierottimilla ei saavuteta erityisen tarkkaa erotusrajaa.

Nykyisin käytetään useita erilaisia sykloniratkaisuja, joista voidaan mainita ns. matala-, keski- ja korkeapainesyklonit. Tällä tarkoitetaan 15 syklonierottimessa virtaavan kaasumaisen väliaineen painehäviötä, minkä läpivirtaus tarvitsee nimellisvolyymillä. Matalapainesyklonit ovat yleensä halkaisijaltaan suhteellisen suuria. Korkeapainesyklonit ovat puolestaan halkaisijaltaan suhteellisen pieniä. Korkeapainesykloneissa painehäviö voi olla jopa 2000 Pa, kun taas matalapainesykloneissa pai-20 nehäviö on tavallisesti alle 1000 Pa. Korkeapainesyklonit ovat usein rakennettu rinnan ryhmiksi, jolloin tällaista ratkaisua kutsutaan mul-tisyklonipatteriksi. Tällainen multisyklonipatteri on kohtalaisen vai-t : kea tehdä, koska siinä on useita pieniä sykloneita, joiden mittatark- : kuus pitää olla erittäin tarkka. Tästä johtuen multisyklonipattereiden . 25 valmistus on verrattain kallista. Lisäksi niiden käyttö painehäviön • suuruudesta johtuen vaatii huomattavasti enemmän energiaa kuin matala- • · · · I*·*; painesyklonit.

• · • · · f · · i · · •

Syklonierottimien erotustehokkuus riippuu syklonierottimen sisällä . 30 muodostuvasta keskipakoiskentästä. Yleisesti tiedetään, että keski- f · · *** pakoiskenttä on sitä suurempi mitä suurempi on kaasumaisen väliaine- • « « • virtauksen kulmanopeus ja keskipakoiskentän suuruus on verrannollinen : väliainevirtauksen kulmanopeuden neliöön. Tämän johdosta pienihalkaisi- jäiset syklonierottimet ovat tehokkaampia erottajia suurempihalkaisi- • · · 35 jäisiin syklonierottimiin verrattuna. Tästä johtuu myös se, että käy- • · · tännön ratkaisuissa yhä enemmän päädytään multisykloneihin, vaikka

.> K Sift «· I : i i iHI

3 98131 niiden investoinnit ja tehonkulutus ovat suurempia. Tästä huolimatta syklonierottimet eivät kykene täyttämään hyvän erotustehokkuuden vaatimuksia.

5 Tekniikan tasosta tunnetaan ratkaisu, jolla trombi-efektiä voidaan kohtalaisesti eliminoida. Tämä ratkaisu muodostuu syklonierottimen keskusputken suulle sopivalle etäisyydelle suuaukosta sijoitetusta trombin eliminointilevystä, joka estää trombivirtauksen suoranaisen virtauksen keskusputkeen. Tämän tunnetun ratkaisun haittapuolena on 10 eliminointilevyn voimakas kuluminen ja lisäksi eliminointilevyn koko saattaa aiheuttaa syklonierottimen sylinteriosan ylimääräistä kulumista .

Keksinnön päämääränä on aikaansaada parannus nykyisin tunnettuihin 15 syklonierotinratkaisuihin. Keksinnön yksityiskohtaisempana päämääränä on aikaansaada menetelmä, joka mahdollistaa syklonierottimen erotus-tehokkuuden huomattavan parantamisen.

Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että osavirtaus otetaan 20 syklonierottimen sisältä keskusputken seinämän läpi.

Keksinnön mukaisen ratkaisun ansiosta voidaan eliminoida trombivirtauk-·’ '· sen sisältämän pöly- tai kiintoainesisällön pääseminen syklonierottimen · keskusputkeen ja siitä edelleen ulosvirtaukseen. Keksinnön mukaisella • ’· 25 menetelmällä saavutetaan suurihalkaisijäisellä syklonierottimella ero- • · : : : tusaste, mikä vastaa tai jopa ylittää multisykloneitten erotustehokkuu- J*·*; den, mutta siitä huolimatta syklonierottimen läpi virranneen kaasuvir- • · j*:\ tauksen ei tarvitse muodostaa yli 1000 Pa:n painehäviötä.

a 30 Keksintö perustuu siihen, että syklonierottimen kartio-osassa muodostu- • * · nut trombi hajotetaan trombia vasten virtaavalla osavirtauksella, joka • · · 9 Φ · *. edullisesti otetaan tai joka itsestään imeytyy syklonierottimen sisään- \j menovirtauksesta. Tällöin haitallinen trombivirtaus joutuu uudelleen : kiertoon sisään tulevan puhdistettavan kaasumaisen väliainevirtauksen 35 joukkoon. Osavirtaus johdetaan edullisesti syklonin keskusputken läpi . menevän keskusputken halkaisijaa olennaisesti pienemmän osavirtausput- 4 98131 ken avulla. Osavirtauksen imeytyminen tähän osavirtausputkeen johtuu syklonierottimessa vallitsevista paine-eroista, jolloin alipaineen syntyminen johtuu syklonierottimen kartiomaisessa alaosassa olevan trombivirtauksen suuresta pyörimisliikkeestä. Keksinnön mukaisen rat-5 kaisun ansiosta trombivirtauksessa oleva kiintoaines joutuu uudelleen erotukseen ja siten syklonierottimen kokonaiserotuskyky paranee huomattavasti vastaten multisyklonien kokonaiserotuskykyä.

Keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirus-10 tuksen kuviossa esitettyyn keksinnön periaateratkaisuun, johon keksintöä ei ole kuitenkaan tarkoitus yksinomaan rajoittaa.

Piirustuksen kuvio esittää keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetyn syklonierottimen erästä edullista suoritusmuotoa kaaviomaisena poikki-15 leikkauksena.

Piirustuksen kuviossa esitettyä syklonierotinta on merkitty yleisesti viitenumerolla 10. Syklonierottimessa 10 on runko-osa eli sylinterimäi-nen vaippaosa 11, puhdistettavan kaasumaisen väliainevirtauksen A si-20 säänvirtausyhde 12 ja keskusputki 13, jonka kautta puhdistunut kaasumainen väliainevirtaus poistuu virtauksena C. Syklonierottimen 10 runko-osa 11 on alapäästään kartiomainen osa 14. Kartiomaisen alaosan 14 : pohjalla on ulosottoaukko, joka on varustettu sulkulaitteella 15, jonka ·.·" * kautta kiintoaine poistetaan virtauksena B. Tällainen ratkaisu on ta- . 25 vanomainen ja tekniikan tasosta tunnettu eikä esitä vielä mitään osaa • keksinnöstä.

·»« · ·* · t · : • · j*:*. Sisään virrannut väliainevirtaus A alkaa pyöriä syklonierottimen 10 sylinterimäisen vaipan 11 sisällä virtauksena a, jonka suunta pyöries- . 30 sään keskusputken 13 ympärillä on alaspäin. Pyörivän virtauksen a saa- • · · I” vuttaessa syklonierottimen 10 kartiomaisen alaosan 14 virtaus a alkaa • · · ·. pyöriä yhä pienemmällä pyörintäsäteellä virtauksen a kuitenkin yhä vastatessa sisääntulovirtauksen A nopeutta. Tämän johdosta virtauksen a : : kulmanopeus tulee kartiomaisessa alaosassa 14 yhä suuremmaksi ja suu- 35 remmaksi. Tällöin keskipakoisvoima/-kenttä kasvaa kulmanopeuden toi-sessa potenssissa ja tämän johdosta lisääntyvässä keskipakoiskentässä 5 98131 kiintoainehiukkaset sinkoutuvat kartiomaisen alaosan 14 seinille, josta ne painuvat kartiomaisen alaosan 14 ulosottoaukkoon ja siitä läpi sinänsä tunnettuun sulkuosaan 15, josta ne voidaan poistaa virtauksena B. Kartiomaisen alaosan 14 alapäässä virtaus a muuttuu ylöspäin suuntautu-5 vaksi virtaukseksi b eli ns. trombivirtaukseksi, jolla on sama pyörimissuunta kuin virtaukselle a, mutta suunta kohti keskusputken 13 ala-suuta. Trombivirtaus b ahtautuu päävirtaussuunnaltaan vastakkaisen virtauksen a sisälle kartiomaisen alaosan 14 kartiokkuuden johdosta.

Kun virtausnopeus jatkuu lähes samana kuin sisään tulevan väliainevir-10 tauksen A virtausnopeus, muodostuu trombivirtauksen b kulmanopeus moninkertaiseksi virtauksen a kulmanopeuteen verrattuna. Tämän seurauksena on voimakkaan alipaineen syntyminen trombivirtauksen b sisälle ja sen lähiympäristöön.

15 Keksinnön mukaisesti syklonierottimen 10 keskusputken 13 sisälle on sijoitettu edullisesti keskusputken keskiakselille osavirtausputki 16, joka on halkaisijaltaan huomattavasti pienempi kuin keskusputken 13 halkaisija. Osavirtausputken 16 avoin alapää suuntautuu suoraan kartio-maisessa alaosassa 14 muodostunutta trombivirtausta b kohti. Osavir-20 tausputki 16 ulottuu edullisesti keskusputken 13 suuta pidemmälle kar-tiomaista alaosaa 14 kohti, jotta trombivirtauksen b aiheuttama ali-painevaikutus tulee riittävän suureksi synnyttääkseen osavirtauksen c, :.· : edullisesti syklonierottimeen 10 sisään virtaavasta väliainevirtaukses-

« I I

_' ! ta A. Osavirtausputken 16 yläpää ulottuu edullisesti lähelle keskusput- ; 25 ken 13 yläpäätä, jossa se kulkee keskusputken 13 seinämän läpi. Sieltä ; osavirtausputkeen 16 tuleva osavirtaus c kykenee osavirtausputken 16 • · · · alapäästä purkautuessaan hajottamaan trombivirtauksen b ja sen sisältä- • · mät kiintoaineet. Trombivirtauksen b sisältämät kiintoaineet hajaantu-vat täten virtauksen a joukkoon ja siten uudelleen erotukseen.

30 • · · • · · "· Kun osavirtaus c otetaan syklonierottimen 10 sisään tulevasta väli- • · · *·* * ainevirtauksesta a, sen suuruus väliainevirtaukseen A nähden on olema- ' ton, yleensä alle 10 til.-%, sopivimmin 0,1...5 til.-%. Tämä osavirtaus c tapahtuu siis aivan itsestään syklonierottimen 10 sisällä. Tällainen 35 osavirtaus c tarvitsee paine-eroa 200-500 Pa, mikä syntyy jo matala-| _ painesykloneissakin, kun sykloni saa nimellisvirtauksensa A. Osavir- i » « • t « 6 98131 tausputkeen 16 tuleva virtaus syntyy tietenkin osittain keskusputken 13 suulla jo olevan syklonin omasta painehäviöstä johtuvasta paine-erosta verrattuna syklonin sisääntuloaukossa 12 olevaan paineeseen nähden. Osavirtausputkesta 16 ulos purkautuva osavirtaus c joutuu trombivir-5 tauksen b tuhottuaan syklonin sisällä pyörivään virtaukseen a.

Keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan erittäin suuri erotus-tehokkuuden lisäys tavallisen syklonin erotustehokkuuteen verrattuna. Keksinnöllä voidaan eliminoida kokonaan trombi-efekti, mikä on jokai-10 sessa syklonissa sen toimiessa. Toisaalta keksinnön mukaisen ratkaisun vaikutus syklonierottimen rakenteeseen, valmistuskustannuksiin tai ulkonäköön jää täysin olemattomaksi.

Osavirtausputken 16 alapään paikka kartiomaisessa alaosassa 14 riippuu 15 mm. kartiomaisen alaosan 14 jyrkkyydestä ja virtauksen a nopeudesta, ts. syklonin kuormituksesta. Yleisesti voidaan pitää kartiomaisen alaosan 14 alkupäätä edullisena osavirtausputken 16 alapään sijoituskohta-na, mutta keksintö ei ole mitenkään kriittinen osavirtausputken 16 alapään tarkan sijaintikohdan suhteen. Keksinnön päätarkoitus on siinä, 20 että osavirtausputkeen 16 menevä osavirtaus c vastaa mahdollisimman tarkoin syklonierottimessa 10 täydelleen muodostuneen trombivirtauksen b hajottamiseen tarvittavaa määrää. Tämä on tietenkin kullekin syk-: lonirakenteelle selvitettävä ja mitoitettava erikseen. Keksinnön an- • 4 ·.' * siosta saadaan syklonierottimen 10 puhdistama väliainevirtaus poistu- • '·· 25 maan keskusputkeen 13 puhdistettuna trombivirtauksen b sisältämästä • · : kiintoainemäärästä. Tällöin syklonierottimen 10 keskusputkesta 13 pois- J’·*: tuva puhdistettu väliainevirtaus C on mahdollisimman puhdas.

• · • · · t l * • * *

Edellä on esitetty ainoastaan keksinnön periaateratkaisu ja alan • 30 ammattimiehelle on selvää, että siihen voidaan tehdä lukuisia modifi- • · · • · · kaatioita oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen aja- # · * *. tuksen puitteissa.

• · « · «

Claims (6)

7 98131

1. Menetelmä kaasumaisille väliainevirtauksille (A) tarkoitetun syk-lonierottimen (10) erotustehokkuuden parantamiseksi, jossa syklonierot- 5 timessa (10) puhdistettava kaasumainen väliainevirtaus (A) virtaa syk-lonierottimeen (10) sisäänvirtausyhteen (12) kautta ja joutuu sykloni-erottimen (10) sisällä pyörivään virtausliikkeeseen (a), joka sykloni-erottimen (10) kartiomaisen alaosan (14) alapäässä muuttuu vastakkaiseen suuntaan virtaavaksi pyöriväksi trombivirtaukseksi (b), ja jossa 10 menetelmässä sisään tulevasta väliainevirtauksesta (A) otetaan osavir-taus (c), joka johdetaan syklonierottimen (10) keskusputken (13) läpi kulkevan osavirtausputken (16) kautta muodostunutta trombivirtausta (b) vasten, jolloin osavirtaus (c) hajottaa trombivirtauksen (b) ja estää siten kiintoaineksen kulkeutumisen trombivirtauksen (b) mukana keskus-15 putken (13) kautta puhdistetun väliainevirtauksen ulosvirtaukseen (C), tunnettu siitä, että osavirtaus (c) otetaan syklonierottimen (10) sisältä keskusputken (13) seinämän läpi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että osavirtauksena (c) käytetään virtausta, joka on pienempi kuin 10 til.-% sisään tulevasta väliainevirtauksesta (A).

•: · 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, * että osavirtauksena (c) käytetään virtausta, joka on 0,1...5 til.-% • *·· 25 sisään tulevasta väliainevirtauksesta (A). • * • · « • · · • · · m ί

·*: 4. Jonkin patenttivaatimuksien 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu • · !*·*. siitä, että osavirtausputken (16) alapään etäisyyttä keskusputken (13) suuaukosta säädetään trombivirtauksen (b) aiheuttaman alipainevaikutuk- • 30 sen saamiseksi halutun suuruiseksi.

« « · « · · • ·· « · · *. 5. Jonkin patenttivaatimuksien 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu •S'· siitä, että osavirtausputken (16) alapään sijainti sovitetaan sellai- : : seksi, että trombivirtaus (b) on ehtinyt täysin muodostua. 35 ’...

6. Jonkin patenttivaatimuksien 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osavirtausputkena (16) käytetään putkea, joka on halkaisijaltaan huomattavasti pienempi kuin keskusputken (13) halkaisija. 98131 8