PL168295B1 - Oddzielacz odsrodkowy i sposób oddzielania czastek PL PL - Google Patents

Abstract

1 1. Oddzielacz odsrodkowy do oddzielania czastek z ga- zów, zawierajacy pionowa komore wirowa, która ma sciany, wy- znaczajace wewnetrzna przestrzen gazowa oraz górna sekcje i dolna sekcje, co najmniej jeden wlot dla gazów, przeznaczonych do oczyszczania, umieszczony w górnej sekcji komory wirowej, co najmniej jeden wylot dla oczyszczonych gazów z komory wirowej oraz co najmniej jeden wylot dla oddzielonych czastek, umieszczony w dolnej sekcji komory wirowej, przy czym wspo- mniany wlot, wyloty oraz komora wirowa wyznaczaja co najmniej jeden pionowy gazowy wir w komorze wirowej, zas wspomniane sciany komory wirowej sa wyraznie niecylindryczne, a przekrój poprzeczny wspomnianej gazowej przestrzeni jest wyraznie niekolowy i ma kolistosc wieksza niz 1, znam ienny tym, ze przekrój poprzeczny przestrzeni, wyznaczonej bocznymi sciana- mi (32,34, 36,38) komory wirowej, ma ksztalt prostokata takie- go, ze dlugosc dlugich scian bocznych (32, 36) prostokata jest dwukrotnie lub wiecej razy wieksza niz dlugosc krótkich bocz- nych scian (34, 38) oraz ze komora wirowa ma dwa lub wiecej kolejnych wylotów gazowych (50, 51) w kierunku wzdluznym komory wirowej, tak ze w komorze wirowej tworza sie dwa lub wiecej wirów gazowych. 24. Sposób oddzielania czastek ze strumienia wysoko- temperaturowego gazu, zawierajacego zawieszone w nim czastki z zastosowaniem oddzielacza odsrodkowego z pionowa komora wirowa, utworzonego przez wyraznie niecylindryczne sciany i wyznaczajacego wewnetrzna przestrzen gazowa o przekroju po- przecznym, który jest wyraznie niekolowy i ma kolistosc wieksza lub równa 1,1, znam ienny tym, ze wprowadza sie w sposób ciagly wysokotemperaturowy gaz z przenoszonymi w nim czastkami do górnej czesci niekolowej wewnetrznej przestrzeni gazowej komo- ry wirowej i ustanawia sie w przestrzeni gazowej tej komory co najmniej jeden pionowy wir gazowy, w kontaktujacy sie z nieko- lowym przekrojem poprzecznym tej komory wirowej, a nastepnie po oddzieleniu czastek wyprowadza sie ten wysokotemperaturo- wy gaz, z komory wirowej a z jej dolnej czesci usuwa sie oddzie- lone czastki. ( 1 2 ) OPIS PATENTOWY ( 1 9 ) PL ( 1 1 ) 168295 ( 1 3 ) B1 (22) Da ta zgloszenia: 14.10.1991 F ig . 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest oddzielacz odśrodkowy i sposób oddzielania cząstek z gazów.

Znany oddzielacz odśrodkowy zawiera komorę wirową, mającą co najmniej jeden wlot dla oczyszczanych gazów, umieszczony w jej górnej sekcji, co najmniej jeden wylot dla oczyszczanych gazów, umieszczony w jej górnej lub dolnej sekcji oraz co najmniej jeden wylot dla oddzielanych cząstek, umieszczony w jej dolnej sekcji. Tworzy się co najmniej jeden pionowy wir w oddzielaczu odśrodkowym.

168 295

Znane są dotychczas różne odpylacze cyklonowe, które zawierają cylindryczną pionową komorę wirową, służącą jako oddzielająca komora i mającą jej dolną sekcję, ukształtowaną jako skierowany ku dołowi, stożkowo ukształtowany komin. Górna sekcja komory wirowej ma styczny wlotowy kanał dla gazowego przepływu, podlegającego obróbce. Oczyszczany gaz jest ogólnie odprowadzany poprzez otwór, umieszczony środkowo w górnym końcu komory wirowej. W przepływowych odpylaczach cyklonowych odprowadza się gaz od komory wirowej poprzez środkową rurę, umieszczoną u spodu komory wirowej.

W oddzielaczu odśrodkowym oddziela się stałe cząstki od gazów siłą odśrodkową, a następnie płyną one wzdłuż ściany oddzielającej komory ku dołowi do stożkowo ukształtowanej części oddzielacza, skąd zostają one usuwane na zewnątrz, W konwencjonalnym oddzielaczu odśrodkowym oddzielanie wynika z wzajemnego działania siły odśrodkowej i zmian prędkości przepływu. Strumień gazu, który wchodzi do tradycyjnego oddzielacza odśrodkowego, zaczyna wirować spiralnie, przeważnie ku dołowi wzdłuż -zewnętrznej ściany komory wirowej, przy czym przyspiesza w miarę zmniejszania się średnicy ukształtowania stożkowego wiru. W dolnej sekcji oddzielacza odśrodkowego gazy zmieniają swój kierunek ruchu i zaczynają płynąć ku górze w środek komory wirowej do górnej sekcji oddzielacza, mającej gazowy kanał wylotowy. Stały materiał, skupiany na ścianach dolnej sekcji komory wirowej pod działaniem siły odśrodkowej nie może przesuwać się razem z gazami, lecz nadal przepływa ku dołowi do kanału wylotowego.

Ściany oddzielacza odśrodkowego podlegają dużemu zużyciu, z.właszcza w wyniku oddziaływania ściernego cząstek stałych. Skutek ścierania jest szczególnie zauważalny w tej części ściany za wlotem, na którą najpierw natrafia strumień cząstek stałych. Podejmowano próby zmniejszania ścierania i ochraniano wewnętrzne powierzchnie komory wirowej za pomocą materiałów ogniotrwałych, odpornych na ścieranie lub przez wytwarzanie komór wirowych z materiałów odpornych na ścieranie. Wysoka temperatura zwiększa oddziaływanie ścierające materiału stałego.

Oddzielanie stałych cząstek, przechwytywanych przez gorący gaz i przesyłanych z powrotem do reaktora, stało się powszechnym problemem towarzyszącym procesom spalania i zgazowania, przeprowadzanym w reaktorach o krążącym złożu fluidalnym. Tego typu oddzielacz odśrodkowy musnspełniać specjalne wymagania odnośnie ciągłego oddzielania dużych ilości cząstek stałych z gazów oraz musi wytrzymywać oddziaływanie czynników erozyjnych, kiedy poprzez oddzielacz przechodzą duże objętości gorących gazów i stałych cząstek.

Podstawową wadą konwencjonalnych oddzielaczy odśrodkowych w dużych reaktorach jest to, że oddzielacze odśrodkowe muszą być cieplnie izolowane, na przykład za pomocą ceramicznych izolatorów cieplnych, w celu utrzymania stosunkowo chłodnej zewnętrznej powierzchni oddzielacza. Aby zapewnić odpowiednią izolację cieplną, potrzebna jest gruba warstwa materiału izolacyjnego, co zwiększa wymagania dotyczące ceny, ciężaru i miejsca. Ponadto, aby wytrzymywać warunki wysokiej temperatury, oddzielacze odśrodkowe muszą być wewnętrznie chronione warstwami materiałów ogniotrwałych, odpornymi na ścieranie. Ściany oddzielaczy odśrodkowych są z tego powodu pokrywane dwiema warstwami różnych materiałów. Zastosowanie tych dwóch warstw na ścianach jest trudne i czasochłonne, zwłaszcza kiedy jedna z tych warstw jest bardzo gruba i musi suszyć się bardzo powoli. Te dwie warstwy są również bardzo podatne na uszkodzenie, wywoływane przez różne temperatury, na przykład podczas uruchomienia, i naprężenia mechaniczne podczas eksploatacji układu.

Konwencjonalny oddzielacz odśrodkowy jest urządzeniem o grubych warstwach izolacyjnych, jest podatny na uszkodzenie i zajmuje bardzo dużo miejsca. Ze względu na to, że stanowi on ciężką konstrukcję, zatem wymaga on również silnej konstrukcji podporowej. Ta ciężka konstrukcja oznacza, że uruchomienie wymaga długiego czasu, aby uniknąć pęknięć części ceramicznych lub -materiałów ogniotrwałych. Różnice temperatury w wykładzinach ogniotrwałych podczas uruchomienia mogą powodować pęknięcia i z tego powodu należy ich unikać.

168 295

Materiał złoża, krążący w reaktorach o krążącym złożu fluidalnym, może być bardzo drobnoziarnisty, na przykład jeśli do absorbowania dwutlenku siarki w złożu jest stosowane drobnoziarniste wapno palone albo jeśli popiół paliwowyjest drobnoziarnisty. Sytuacja taka nakłada wysokie wymagania na jakość pracy oddzielacza odśrodkowego. Podjęto próby poprawienia sprawności oddzielania oddzielacza odśrodkowego za pomocą połączenia szeregowego dwóch oddzielaczy odśrodkowych lub większej ich liczby. Wadami takich połączeń są duże straty ciśnienia, kosztowna konstrukcja oraz połączenia, które wymagają dużo miejsca. W celu osiągnięcia lepszej sprawności oddzielania proponowano również baterie kilku oddzielaczy odśrodkowych, zawierające oddzielacze połączone równolegle. Chodziło o to, aby osiągnąć większe sprawności oddzielania przy zastosowaniu mniejszym urządzeń. Te baterie oddzielaczy odśrodkowych są jednak kosztowne i bardzo skomplikowane w produkcji. Baterie oddzielaczy odśrodkowych wymagają pewnej minimalnej różnicy ciśnienia, tak aby gaz był rozdzielany zawsze równomiernie poprzez różne oddzielacze odśrodkowe.

z

Ściany reaktorów zwykle wykonuje się z płyt utworzonych z rur wodnych, aby częściowo odzyskiwać ciepło, wytworzone w reaktorze. Oddzielacze odśrodkowe i kanały powrotne materiału stałego są zwykle konstrukcjami niechłodzonymi, mającymi izolację cieplną. Łączenie wzajemnie ze sobą takich chłodzonych i niechłodzonych części jest trudne z powodu niejednakowego rozszerzania cieplnego i grubych warstw izolacyjnych. Z tego względu połączenia między reaktorem i oddzielaczem wymagają kosztownych, ceramicznych lub równoważnych konstrukcji kanałowych, odpornych na działanie temperatury oraz złącz kompensacyjnych. Oddzielacz odśrodkowy i sekcja konwekcyjna również wymagają zastosowania specjalnych złącz kompensacyjnych.

Gdy zmienia się średnicę przekroju poprzecznego oddzielacza odśrodkowego, wówczas zmienia się odstęp między sąsiednimi wodnymi rurami na ścianie oddzielacza, co stanowi dodatkowe utrudnienie.

Aby usunąć wyżej wspomniane wady, powodowane rozszerzaniem cieplnym, w rozwiązaniu według opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 746 337 zaproponowano oddzielacz odśrodkowy zbudowany z rur wodnych. Jednakże wytwarzanie cylindrycznego oddzielacza odśrodkowego o konstrukcji rurowej nie jest sprawą prostą. Płyty rurowe trzeba giąć, aby uzyskać bardzo nieporęczne kształty na etapie produkcyjnym, co stanowi skomplikowany proces technologiczny, zabierający dużo czasu i trudny do realizacji.

Z fińskiego zgłoszenia patentowego Nr 861 224 jest znany cylindryczny oddzielacz odśrodkowy o konstrukcji z rur wodnych, przy czym jedna ze ścian rur wodnych jest wspólna zarówno dla komory reakcyjnej, jak i dla oddzielacza cząstek. Tak jak podano wyżej, układ ten również wymaga skomplikowanego gięcia płyt rurowych.

Ze zgłoszenia patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 615 715 jest znana obudowa oddzielacza, wytwarzana z płyt rurowych oraz komora wirowa w postaci cylindrycznego zespołu, odpornego na ścieranie, umieszczonego wewnątrz tej obudowy. Pierścieniowa przestrzeń między obudową oddzielacza a cylindrycznym zespołem jest wypełniana odpowiednim wypełniaczem. Ponieważ jednak zespół cylindryczny znajduje się wewnątrz oddzielacza i z powodu obecności wypełniacza, oddzielacz taki jest duży i ciężki, mimo że została usunięta część izolatora cieplnego. Ponadto cylindryczna wewnętrzna część komory wirowej zużywa się pod działaniem cząstek, płynących ku dołowi wzdłuż ścian.

Celem wynalazku jest opracowanie oddzielacza o prostszej konstrukcji, mniej podatnego na uszkodzenia, zwłaszcza odnośnie warstw izolacyjnych, który nie zajmuje dużej przestrzeni i jest mniej kosztowny niż konwencjonalne wysokotemperaturowe oddzielacze, a ponadto który nadaje się do wykonania z prostych elementów, na przykład głównie z płyt płaskich lub rur wodnych kształtowanych jako płyty.

Oddzielacz odśrodkowy do oddzielania cząstek z gazów, zawierający pionową komorę wirową, która ma ściany, wyznaczające wewnętrzną przestrzeń gazową oraz górną sekcję i dolną sekcję, co najmniej jeden wlot dla gazów, przeznaczonych do oczyszczania, umieszczony w górnej sekcji komory wirowej, co najmniej jeden wylot dla oczyszczonych gazów z

168 295 komory wirowej oraz co najmniej jeden wylot dla oddzielonych cząstek, umieszczony w dolnej sekcji komory wirowej, przy czym wspomniany wlot, wyloty oraz komora wirowa wyznaczają co najmniej jeden pionowy gazowy wir w komorze wirowej, zaś wspomniane ściany komory wirowej są wyraźnie niecylindryczne, a przekrój poprzeczny wspomnianej gazowej przestrzeni jest wyraźnie niekołowy i ma kolistość większą niż 1, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przekrój poprzeczny przestrzeni, wyznaczonej . bocznymi ścianami komory wirowej, ma kształt prostokąta takiego, że długość długich ścian bocznych prostokąta jest dwukrotnie lub więcej razy większa niż długość krótkich bocznych ścian oraz że komora wirowa ma dwa lub więcej kolejnych wylotów gazowych w kierunku wzdłużnym komory wirowej, tak że w komorze wirowej tworzą się dwa lub więcej wirów gazowych.

Kolistość przekroju poprzecznego przestrzeni gazowej komory wirowej jest większa lub równa 1,1, a korzystnie większa lub równa 1,15.

Wspomniane ściany komory wirowej są płaskie, natomiast wspomniana przestrzeń gazowa ma wieloboczny przekrój poprzeczny.

Komora wirowa ma korzystnie jeden wlot gazowy przypadający na dwa wyloty gazowe tak, że od jednego gazowego wlotu rozdziela się gaz na dwa gazowe wiry, a stąd gazy są usuwane poprzez dwa osobne wyloty.

Odmiana oddzielacza odśrodkowego do oddzielania cząstek z gazów, według wynalazku charakteryzuje się tym, że co najmniej dwie przeciwległe boczne ściany górnej sekcji komory wirowej są utworzone przez powierzchnie chłodzące.

Korzystnie wszystkie boczne ściany komory wirowej takiego oddzielacza są utworzone przez powierzchnie chłodzące.

Przekrój poprzeczny przestrzeni, wyznaczonej przez boczne ściany komory wirowej ma kształt prostokąta, tak że długość długich bocznych ścian prostokąta jest dwukrotnie lub więcej razy dłuższa niż długość krótkich bocznych ścian, zaś komora wirowa ma dwa lub więcej kolejnych wylotów gazowych w kierunku wzdłużnym komory wirowej, tak że w komorze wirowej powstaje dwa lub więcej wirów gazowych.

Wewnętrzne powierzchnie gazowej przestrzeni komory wirowej są przynajmniej częściowo wyłożone cienką warstwą ogniotrwałego materiału odpornego na ścieranie.

Między co najmniej dwoma gazowymi wirami w komorze wirowej znajduje się ściana działowa, odchodząca od jednej długiej bocznej ściany komory wirowej do drugiej, przy czym ta ściana działowa służy jako podporowy element dla długich bocznych ścian.

N astępna odmiana oddzielacza odśrodkowego do oddzielania cząstek z gazów według wynalazku charakteryzuje się tym, że gazowy wlot lub wloty mają kształt pionowych wąskich szczelin. Szczeliny te mają korzystnie w przybliżeniu taką samą wysokość, jak górna sekcja komory wirowej.

Przekrój poprzeczny przestrzeni gazowej w górnej sekcji komory wirowej takiego oddzielacza jest zasadniczo stały na różnych poziomach. Powierzchnia przekroju poprzecznego przestrzeni gazowej w dolnej sekcji komory wirowej zmniejsza się ku dołowi.

Co najmniej jedna ściana w dolnej sekcji komory wirowej jest nachylona, zmniejszając gazową przestrzeń w kierunku ku dołowi

Korzystnie dwie przeciwległe ściany w dolnej sekcji komory wirowej zbliżają się jedna do drugiej w kierunku ku dołowi, tak aby dolna sekcja tworzyła szczelinę, względnie jedna ściana w dolnej sekcji komory wirowej zbliża się do przeciwległej ściany, tak że w dolnej sekcji tworzy się szczelina, lub też jedna lub więcej ścian w dolnej sekcji komory wirowej zbliżają się jedna do drugiej tak, że w dolnej sekcji komory wirowej tworzy się szczelina lub kanał zasadniczo o wymiarze wylotu dla oddzielonych cząstek.

Następna odmiana oddzielacza odśrodkowego do oddzielania cząstek z gazów według wynalazku charakteryzuje się tym, że wylot lub wyloty dla oddzielanych cząstek nie znajduje się na tej. samej symetrycznej osi, jak wylot lub wyloty dla oczyszczonych gazów.

Następna odmiana oddzielacza odśrodkowego do oddzielania cząstek z gazów według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma co najmniej dwie umieszczone w sąsiedztwie komory wirowe, przy czym jedna ściana każdej ze wspomnianych komór wirowych jest utworzona przez pojedynczą rurową płytę, łączącą te komory wirowe.

168 295

Korzystnie dwie przeciwległe ściany wspomnianych komór wirowych są utworzone z dwóch płyt rurowych, łączących te komory wirowe. Dwie sąsiednie komory wirowe korzystnie mają jedną wspólną ścianę i jedne wspólny wlot gazowy.

Sposób oddziaływania cząstek ze strumienia wysokotemperaturowego gazu, zawierającego zawieszone w nim cząstki z zastosowaniem oddzielacza odśrodkowego z pionową komorą wirową, utworzonego przez wyraźnie niecylindryczne ściany i wyznaczającego wewnętrzną przestrzeń gazową o przekroju poprzecznym, który jest wyraźnie niekołowy i ma kolistość większą lub równą 1,1 według wynalazku charakteryzuje się tym, że polega na ciągłym wprowadzaniu wysokotemperaturowego gazu z przenoszonymi w nim cząstkami do górnej części niekołowej wewnętrznej przestrzeni gazowej komory wirowej, ustanawianiu co najmniej jednego pionowego wiru gazowego w komorze wirowej, w której gaz wiruje w przestrzeni gazowej, kontaktując się z niekołowym przekrojem poprzecznym komory wirowej, usuwaniu wysokotemperaturowego gazu, z którego oddzielono cząstki, z komory wirowej, i na usuwaniu oddzielonych cząstek z dolnej części komory wirowej.

Korzystnie łączy się razem wiele wspomnianych odśrodkowych oddzielaczy z pionową komorą wirową, a wysokotemperaturowy gaz wprowadza się do wszystkich komór wirowych jednocześnie.

Wprowadzanie gazu wysokotemperaturowego przeprowadza się przez doprowadzenie gazu w pionowo wydłużonej objętości do komory wirowej.

Korzystnie stosuje się wysokotemperaturowy gaz pochodzący z reaktora o krążącym złożu fluidalnym, i powoduje się ponowne zwracanie oddzielonych cząstek, usuniętych z dolnej części komory wirowej, do obiegu tego reaktora o krążącym złożu fluidalnym. Korzystnie ustanawia się przynajmniej dwa wiry gazowe w komorze wirowej. W trakcie przeprowadzania ustanawiania wirów gazowych chłodzi się wyraźnie niecylindryczne ściany oddzielacza. Gaz wysokotemperaturowy z zawieszonymi w nim cząstkami korzystnie wprowadza się do górnej części niekołowej wewnętrznej przestrzeni gazowej komory wirowej poprzez wlot lub wloty mające kształt pionowej wąskiej szczeliny. Usuwanie gazu wysokotemperaturowego przeprowadza się korzystnie na odmiennej osi symetrii niż usuwanie oddzielonych cząstek.

Oddzielacz według wynalazku można łatwo wykonać jako modułowy. Ze względu na jego konstrukcję modułową, oddzielacz według wynalazku jest lepiej niż znane dotychczas konstrukcje przystosowany do stosowania do dużych reaktorów o krążącym złożu fluidalnym, a ponadto jest bardzo odporny na ścieranie.

Charakterystyczną cechą oddzielacza odśrodkowego według wynalazku jest to, że komora wirowa jest niecylindryczna, głównie zawiera ściany płaskie, przy czym przekrój poprzeczny bocznych ścian komory wirowej jest korzystnie o kształcie kwadratu, prostokąta lub innego wieloboku. Przekrój poprzeczny wewnętrznej przestrzeni gazowej, określony komorą wirową, jest wyraźnie niekołowy. Przez przestrzeń gazową rozumie się wewnętrzną przestrzeń w komorze wirowej, która może być swobodnie napełniana gazem. Przestrzeń gazowa jest zasadniczo ograniczona wewnętrznymi ścianami komory wirowej i elementami, umocowanymi na ścianie, jeśli takie są zastosowane. Przestrzeń gazowa jest przestrzenią, do której swobodnie dopływa gaz bez ograniczania jakimikolwiek elementami, warstwami materiałów ogniotrwałych lub podobnymi.

Kształt przekroju poprzecznego przestrzeni gazowej komory wirowej można przedstawić za pomocą kolistości X, która stanowi obwód przestrzeni gazowej, podzielony przez obwód największego koła, zawartego w przekroju poprzecznym przestrzeni gazowej. W wypadku oddzielacza cylindrycznego X = 1 oraz w wypadku kwadratu X = 1,273.

Wnętrze komory wirowej oddzielacza według wynalazku jest co najmniej częściowo wykładane cienką warstwą materiału ogniotrwałego odpornego na temperaturę i ścieranie. Ta warstwa materiału ogniotrwałego zasadniczo nie tworzy przekroju poprzecznego koła przestrzeni gazowej, lecz chroni miejsca podatne na ścieranie w komorze wirowej. Warstwa materiału ogniotrwałego w oddzielaczu według wynalazku nie działa jako izolator cieplny w komorze wirowej. Grubość warstwy materiału ogniotrwałego wynosi korzystnie w przybliżeniu tylko od 40 mm do 150 mm. Ta cienka odporna na temperaturę i ścieranie warstwa

168 295 materiału ogniotrwałego może być umocowana kołkami lub innymi elementami przytrzymującymi do powierzchni ściany komory wirowej, przy czym wspomniana powierzchnia ściany jest korzystnie płytą utworzoną z rur wodnych. Za pomocą umocowania warstwy materiału ogniotrwałego bezpośrednio do chłodzonej ściany, bez jakiegokolwiek izolatora lub innych warstw pośredniczących, można również uzyskiwać chłodzenie materiału ogniotrwałego. Podczas chłodzenia, warstwa tego materiału ogniotrwałego staje się bardziej trwała zarówno pod względem chemicznym, jak i mechanicznym. Materiał przewodzący ciepło można dobrać jako materiał odporny na ścieranie, który chłodzi się dużo szybciej. Kołki również zwiększają chłodzenie. Aby zmniejszyć działanie ścierne cząstek, zawieszonych w gazie wlotowym, ściana naprzeciwko wlotowej ściany i miejsc szczególnie podatnych na ścieranie może mieć nałożoną specjalną dodatkową warstwę ochronnego materiału ogniotrwałego lub może być wykonana z materiału ogniotrwałego, który jest bardziej odporny na ścieranie niż materiał pozostałej części komory.

W oddzielaczu według wynalazku ściany komory wirowej zawierają chłodzące powierzchnie płyt z rur wodnych. Ponieważ komora wirowajest korzystnie wyznaczana za pomocą ścian płaskich, zatem elementy ścienne mogą stanowić płaskie lub zakrzywione, gotowe płyty z rur wodnych. W ten sposób można wykonać montaż oddzielacza odśrodkowego, takiego jak na przykład reaktor spalania lub zgazowania, w prosty sposób za pomocą spawania w planowanym miejscu działania roboczego. Część lub korzystnie wszystkie ściany komory wirowej stanowią konstrukcję chłodzoną. Chłodzący układ komorywirowej jest korzystnie odłączony do głównego układu wodnego lub parowego reaktora o złożu fluidalnym, z którym współpracuje.

Chłodzony oddzielacz według wynalazku nie musi być wykładany grubymi, odpornymi na temperaturę wykładzinami ogniotrwałymi lub innymi grubymi warstwami ochronnymi, które mogłyby łatwo ulec uszkodzeniu z powodu różnic temperatury podczas uruchomienia lub podczas pracy, w wyniku czego łatwo by pękały lub łamały się. Ponadto grube wykładziny zajmują dużo miejsca. Według wynalazku są wystarczające stosunkowo cienkie, odporne na ścieranie warstwy ochronne na płycie chłodzącej. W oddzielaczu według wynalazku można uniknąć problemów, związanych ze stosowaniem grubych wykładzin, jak również innych problemów, powodowanych rozszerzaniem cieplnym. Rozszerzanie cieplne w komorze reaktora i oddzielaczu można łatwiej przewidywać i kompensować, gdy są w nich zastosowane płyty z rur wodnych, bowiem wówczas łatwiej jest kontrolowana temperatura. Zasadniczo, ze względu na mniejsze lub nieistniejące różnice rozszerzania cieplnego między komorą reaktora a oddzielaczem według wynalazku, mogą być zminimalizowane problemy związane ze sterowaniem złącz kompensacyjnych między oddzielaczem a komorą reaktora.

Odśrodkowy oddzielacz według wynalazku składa się z wydłużonej komory wirowej, w której tworzy się dwa równoległe wiry gazowe lub więcej wirów w rozmieszczeniu przestrzennym. Boczne ściany komory wirowej składają się z czterech płyt planarnych, na przykład płyt z rur wodnych, przy czym dwie przeciwległe ściany są ścianami długimi, a pozostałe dwie ściany są ścianami końcowymi komory wirowej. Długie ściany mogą być dwukrotnie lub więcej razy dłuższe niż końcowe ściany. W tym wypadku, przekrój poprzeczny wewnętrznej przestrzeni komory wirowej korzystnie odpowiada przestrzeni dwóch lub więcej kolejnych kwadratów, przy czym długość boku kwadratu równa się długości końcowej ściany. Korzystnie, ilość wirów gazowych równa się liczbie kwadratów.

Podłużna, komora wirowa ma wiele kolejnych wirów, usytuowanych we wzdłużnym kierunku komory za pomocą odpowiedniego rozmieszczenia wlotu lub wlotów gazowych i wylotu lub wylotów gazowych tak, że ilość wirów, wytwarzanych w komorze wirowej, równa się liczbie znajdujących się w· niej wylotów gazowych. Wylot lub wyloty gazowe są tak rozmieszczone w komorze, wirowej, aby umożliwiać styczne kierowanie gazu od wlotu do jednego lub dwóch wirów równoległych.

Wloty gazowe są rozmieszczone w bocznej ścianie komory wirowej, tak aby kierować gaz stycznie od wlotu do gazowych wirów w komorze wirowej i maksymalizować zjawisko spinowe doprowadzanych strumieni gazowych.,Zjawisko spinowe jest określone jako = m * v * r, gdzie m = przepływ masowy, v — prędkość gazu w otworze wlotowym oraz r = prostopadła odległość między strumieniem wlotu gazu a środkiem otworu wylotu gazu. Wiry gazowe, tworzone w

168 295 komorach wirowych są zasadniczo współśrodkowe z otworami wylotu gazu. Można również prowadzić gaz od jednego wlotu do dwóch sąsiednich wirów gazowych lub prowadzić gaz od dwóch lub więcej gazowych wlotów do tylko jednego wiru gazowego.

Wydłużona komora wirowa jest umieszczona obok reaktora o krążącym fluidalnym w taki sposób, że jedna ze ścian reaktora lub co najmniej część górnej sekcji tej ściany stanowi ścianę komory wirowej. W ten sposób część wspólnej długiej ściany reaktora może służyć jako długa ściana komory wirowej, co zmniejsza koszty materiałowe.

Ponadto do połączenia reaktora i oddzielacza można wykorzystać dwie inne ściany reaktora. Przedłużenia ścian, prostopadłe do wspólnej ściany, mogą tworzyć na przykład końcowe ściany komory wirowej. Tym sposobem można wykorzystać trzy chłodzone płytowe ściany reaktora w konstrukcji oddzielacza, co przynosi znaczne zalety ekonomiczne oraz korzyści produkcyjne. Konstrukcja ta umożliwia ustawienie pieca reaktora o złożu fluidalnym i oddzielacza odśrodkowego według wynalazku tak, aby tworzyć pojedynczą prostokątną konstrukcję, która jest najbardziej korzystna ze względu na łatwość podparcia.

Wylot oddzielanych cząstek stałych można zastosować do każdego wiru gazowego w komorze wirowej tak, aby można było łatwo osiągnąć równomierny rozdział cząstek stałych zawracanych do komory reaktora z kilku sąsiednich miejsc, na przykład w reaktorze o krążącym złożu fluidalnym. Cząstki stałe oddzielane w różnych wirach mogą także być gromadzone w jednej komorze gromadzącej lub leju samowyładowczym, umieszczonym w dolnej sekcji komory wirowej, i mogą być dalej przekazywane do żądanego miejsca w postaci jednego lub kilku strumieni cząstek.

W wydłużonej komorze wirowej długie ściany mogą wymagać podparcia, aby usztywnić płyty ścierne dla zapobiegania ich uginaniu. W tym wypadku między dwiema przeciwległymi długimi ścianami można umieszczać poprzeczne podpory lub poprzeczne ściany tak, aby usztywnić konstrukcję. komory. Poprzeczne podpory lub ściany umieszcza się między dwoma gazowymi wirami tak, aby nie wpływały ujemnie na tworzenie się wirów. Poprzeczne podpory lub ściany można chłodzić i wytwarzać z materiału odpornego na działanie temperatury i na ścieranie. Poprzeczne podpory mogą tworzyć działową ścianę w komorze wirowej tak, aby częściowo lub całkowicie podzielić komorę na osobne sekcje. Poprzeczne podpory mogą znajdować się między sufitem komory wirowej a jej spodem, tak aby w komorze powstały dwie, albo zależnie od liczby podporowych ścian, więcej całkowicie oddzielonych przestrzeni gazowych. Poprzeczne podpory mogą także stanowić jedynie krótkie elementy podporowe, które nie dzielą komory na osobne przestrzenie gazowe.

Gazowe wloty w komorze wirowej mają korzystnie kształt pionowych, wąskich, wydłużonych szczelin. Szczeliny te mogą mieć przykładowo taką wysokość, jak górna sekcja komory wirowej. Szerokość szczeliny określa się według przekroju poprzecznego, wymaganego dla strumienia gazu. Wloty mogą być korzystnie rozmieszczone razem z prowadnikowymi płytami, dla kierowania gazu stycznie do wiru. Prowadnikowe płyty służą także jako usztywniacze długiej ściany. W oddzielaczach odśrodkowych według wynalazku, mających kwadratowy przekrój poprzeczny, tworzy się tylko jeden wir gazowy. Łatwo jednak można wytworzyć liczne wiry równoległe, uzyskując konstrukcję zwartej baterii oddzielaczy odśrodkowych z prostych elementów, zajmującej niewiele miejsca.

Zalety wynalazku stanowi prosta konstrukcja i możliwość wykonania komory reaktora i małej baterii oddzielaczy cząstek z prostych, płaskich części, takich jak gotowe płyty z rur wodnych, które można wyprodukować wcześniej za pomocą taniej metody spawalniczej w warsztacie. Za pomocą tworzenia wielu wirów gazowych, powodujących oddzielanie stałych cząstek w jednej wydłużonej przestrzeni komory wirowej, potrzebna jest mniejsza powierzchnia ściany oddzielacza w porównaniu z baterią oddzielaczy odśrodkowych, zestawioną z kilku niezależnych oddzielaczy.

Z powodu chłodzenia, konstrukcja ścian oddzielacza jest cieńsza niż konstrukcja konwencjonalnych oddzielaczy gorącego gazu. Ze względu na kwadratowy lub prostokątny kształt, oddzielacz można wytwarzać z części o kształcie płytowym.

168 295

Oddzielacz według wynalazku jest przystosowany konstrukcyjnie do oczyszczania produktu lub gazów spalinowych, na przykład w generatorach gazowych i reaktorach spalania, wykorzystujących działanie oparte na zasadzie złoża fluidalnego, tam gdzie jest potrzebne stosowanie chłodzonej konstrukcji oraz gdzie występuje duża ilość oddzielanych cząstek. Urządzenie według wynalazku nadaje się, zwłaszcza do oddzielania krążących cząstek stałych od gazów w reaktorach o krążącym złożu fluidalnym.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat przykładowego oddzielacza odśrodkowego według wynalazku, połączonego z reaktorem o krążącym złożu fluidalnym, fig. 2 - przekrój układu z fig. 1, wzdłuż linii 2-2, fig. 3 - przekrój układu z fig. 2, wzdłuż linii 3-3, fig. 4 - drugi oddzielacz odśrodkowy według wynalazku, umieszczony w reaktorze o krążącym złożu fluidalnym, fig. 5A - przekrój, jak na fig. 4, wzdłuż linii 5-5 fig. 6A oraz fig. 7A - przekroje poprzeczne, tak jak odpowiednio na fig. 3 i fig. 5A, dotyczące innych przykładów wykonania oddzielaczy odśrodkowych według wynalazku, fig. 5B do fig. 7B - przekroje, jak na fig. 5A do fig. 7A, dla nieco odmiennych przykładów wykonania oddzielaczy, fig. 8 - przekrój przez jeszcze inny przykład wykonania oddzielacza odśrodkowego według wynalazku, fig. 9 - przekrój reaktora o krążącym złożu fluidalnym z oddzielaczami odśrodkowymi według wynalazku rozmieszczonymi wokół jego obwodu, fig. 10 - przekrój jak na fig. 9, przedstawiający konstrukcję reaktora cylindrycznego z oddzielaczami odśrodkowymi rozmieszczonymi wokół obwodu, fig. 11 - pionowy przekrój poprzeczny przez inny przykład wykonania reaktora o krążącym złożu fluidalnym z oddzielaczami odśrodkowymi według wynalazku, a fig. 12 do fig. 15 - pionowe przekroje poprzeczne jak na fig. 11 przez inne przykłady wykonania reaktorów o krążącym złożu fluidalnym.

Na fig. 1, 2 i 3 przedstawiono reaktor o krążącym złożu fluidalnym, zawierający komorę reakcyjną 10, odśrodkowy oddzielacz cząstek (cyklon) 12 i powrotny kanał 14 dla oddzielonych cząstek. Przekrój poprzecznykomoryreakcjijest prostokątny, a komora reakcyjna 10jest złożona ze ścian rur wodnych, przy czym na fig. 1 pokazano tylko długie ściany 16 118. Ściany rur wodnych są utworzone korzystnie z połączonych pionowych rur wodnych.

Górna część ściany 18jest zagięta, tworząc sufit 20 komory reakcyjnej 10. Ściany dolnej sekcji komory reakcyjnej 10 są chronione materiałem ogniotrwałym 22. Reaktor ma wlot 23 dla materiału stałego. Spód komory reakcyjnej 10 jest utworzony z rozdzielczej płyty 24, wyposażonej w dysze lub otwory 26, doprowadzające gaz fluidyzujący od komory sprężonego powietrza 28 do komory reakcyjnej 10 w celu utrzymywania złoża w tej komorze w stanie fluidalnym. Fluidyzujący gaz lub fluidyzujące powietrze doprowadza się do komory reakcyjnej 10 z tak wysokim natężeniem, aby powodowało ciągły przypływ części fluidyzowanego materiału złoża razem z gazem poprzez otwór 3, umieszczony w górnej sekcji komory reakcyjnej 10, do oddzielacza cząstek 12.

Odśrodkowy oddzielacz 12 według fig. 1, 2 i 3, na których przedstawiono pierwszy przykład wykonania oddzielacza według wynalazku, stanowi wielowirowy odśrodkowy oddzielacz, w którym są utworzone dwa równoległe, pionowe wiry gazowe, oddzielające cząstki od gazu, wypływającego od komory reakcyjnej, za pomocą odśrodkowej siły w przestrzeni gazowej 31 oddzielacza. Komora wirowa oddzielacza 12 korzystnie zawiera płaskie ściany prostokątne 32, 34, 36, 38, utworzone głównie z rur wodnych. Korzystnie, ściany te stanowią połączone, pionowe rury wodne. Wirowa komora oddzielacza 12 ma jedną długą ścianę obok komory reakcyjnej 10, wspólną z tą komorą reakcyjną, to jest część ściany 16 komory reakcyjnej 10 tworzy ścianę 32 komory wirowej. Ściana 32 z rur wodnych jest zagięta w szczelinie 30 w kierunku wnętrza komory wirowej, tak aby gięte części 40 tworzyły wlotowy kanał 42, który doprowadza strumień gazu do przestrzeni gazowej 31 komory wirowej. Szczelina 30 jest wysoka i wąska, wyższa i węższa niż w konwencjonalnych pionowych cyklonach, a korzystnie jest tak wysoka, jak górna sekcja 43 komory wirowej. W konstrukcji z jednym wlotem dla dwóch wirów, stosunek wysokości do szerokości może być mniejszy, lecz korzystnie większy niż 3. Części 40, zagięte ku wnętrzu od ściany, są korzystnie tak gięte, aby utworzyć wlotowy kanał, stożkowo zwężający się do wnętrza komory wirowej.

168 295

Górne części ścian komory wirowej są korzystnie pionowe i płaskie i tworzą górną sekcję 43. Dolna część długiej ściany 36 jest zagięta w kierunku do przeciwległej długiej ściany 32 i tworzy dolną sekcję 45 komory wirowej. W wyniku takiej konstrukcji otrzymuje się asymetryczną, długą przestrzeń 43 o kształcie komina, przy czym spodnia część tej przestrzeni tworzy wylot 46 cząstek stałych.

Wylot 46 służy także jako wlot do powrotnego kanału 14. Długie ściany powrotnego kanału 14 są utworzone za pomocą przedłużeń ścian 32,36 oddzielacza 12 cząstek. Końcowe ściany powrotnego kanału 14 są odpowiednio ukształtowane za pomocą przedłużeń ścian 34, 38. Jedynie część, mająca szerokość powrotnego kanału 14 końcowych ścian 34, 38, nadal przebiega ku dołowi, przez co tworzy się kanał powrotny 14. Pozostałe części tych końcowych ścian sięgają tylko do górnej części powrotnego kanału 14, takjak przedstawiono na fig. 1 dla części ściany 34. Dolna część powrotnego kanału 14 ma połączenie do dolnej sekcji komory reakcyjnej 10 za pośrednictwem elementu 48 o kształcie L, dla zawracania cząstek stałych oddzielonych w oddzielaczu 12 z powrotem do złoża fluidalnego.

W górnej sekcji 43 komory wirowej w otworach 50, 52, zastosowano dwa kolejne gazowe wyi otowe kanały 54,56, usuwaj ące oczyszczony gaz z gazowej przestrzeni 31 komory wirowej. Gazowe wylotowe kanały 54,56, to jest tak zwane środkowe kanały w oddzielaczu, mogą być kanałami ceramicznymi albo kanałami chłodzonymi dla wytrzymywania gorących warunków panujących w oddzielaczu. Środkowe kanały są umieszczone w gazowej przestrzeni 31 komory wirowej korzystnie w taki sposób, aby ich środkowe osie znajdowały się na naturalnej środkowej osi wiru gazowego w przestrzeni 31. Gazy prowadzi się od oddzielacza 12 do kanału 60, umieszczonego u jego wierzchołka, przy czym kanał 60 ma powierzchnie 62 odzyskiwania ciepła, a ponadto do pionowej konwekcyjnej sekcji 64, umieszczonej obok komory reakcyjnej 10, przy czym konwekcyjna sekcja 64 ma także powierzchnie 66 do odzyskiwania ciepła. Gazy są usuwane za pośrednictwem kanału 68.

Długie ściany komory wirowej wzmacnia się działową ścianką 70, biegnącą od ściany 32 do ściany 36. Działowa ścianka 70 znajduje się poniżej wlotu 30 i biegnie do dolnej sekcji komory wirowej. Działowa ścianka 70 zapobiega odchyleniom i drganiom długich ścian, powodowanym przepływającym gazem. Zamiast działowej ścianki 70 można stosować także odporne na zużycie belki podporowe usztywniające długie ściany. Cześć 40, zagięta od ściany 32 ku wlotowi 30 usztywnia ścianę 32 w górnej sekcji komory wirowej.

W komorze wirowej nie zastosowano kołowych elementów dla utrzymywania kołowego ruchu gazu w wirze, albo dla prowadzenia materiału stałego. Dlatego przekrój poprzeczny gazowej przestrzeni 31 komory wirowej, to jest przestrzeni wypełnionej gazem, jest wyraźnie niekołowy. Styczne doprowadzanie gazu wlotowego, odpowiednie umieszczenie wylotu gazowego oraz płaskie ściany przyczyniają się do tworzenia w gazowej przestrzeni 31 wiru gazowego. Nieoczekiwanie odkryto, że nie są potrzebne żadne cylindryczne lub inne koliste ściany prowadzące w gazowej przestrzeni 31 oddzielacza 12, aby powodować i utrzymywać wir gazowy. Stosowane tu określenie kolistość stanowi obwód przekroju poprzecznego powierzchni wewnętrznej gazowej przestrzeni 31 komory wirowej, podzielony przez obwód największego koła, zawartego w przekroju poprzecznym. Kolistość ta ma wartość większą niż 1, na przykład większą niż 1,1, a korzystnie większą lub równą -1,15. Ściany komory wirowej są wewnętrznie wyłożone cienką warstwą ogniotrwałego materiału nie pokazanego na rysunku, odpornego na działanie temperatury i ścieranie. Grubość ogniotrwałej warstwy zwykle wynosi w przybliżeniu od 40 mm do 150 mm. Korzystnie, ogniotrwały materiał odporny na temperaturę i ścieranie może być bezpośrednio umocowany do ścian 32, 34, 36 i 38 komory wirowej. Miejsca, narażone na duże ścieranie, wymagają stosowania grubszej warstwy materiału ogniotrwałego, albo też można zastosować większą ilość ogniotrwałego materiału odpornego na ścieranie. Na przykład, ściana 36 naprzeciwko gazowego wlotu 30 może mieć pionową ogniotrwałą wykładzinę, która ma długość odpowiadającą wysokości wylotu. Co najmniej część cząstek, przechwyconych przez strumień gazu wlotowego, płynący do komory wirowej, uderza w ten ogniotrwały obszar na ścianie 36.

168 295

Cząstki, przechwycone w gazie, doprowadzanym do oddzielacza 12 mają tendencję do przepływu wzdłuż drogi· prostszej niż gaz. Na przykład, kiedy gaz płynie do komory wirowej i zmienia swój kierunek ruchu dla utworzenia wiru, wówczas niektóre cząstki nadal poruszają się wzdłuż linii prostej, uderzając na koniec w przeciwległą ścianę 36. Ź powodu powolności zmiany ruchu cząstek, brzegowe obszary komory wirowej są bardziej narażone na ścieranie i korzystnie powinny być chronione grubszą warstwą materiału ogniotrwałego lub bardziej odpornym materiałem ogniotrwałym.

W przypadku dużych objętości przepływu cząstek stałych, które zwykle występują, w reaktorach o krążącym złożu fluidalnym, ścieranie powodowane tymi cząstkami niekoniecznie jest największe w obszarze, który znajduje się naprzeciw wlotu. Krytycznymi obszarami mogą być miejsca po obydwu stronach tego obszaru. Powodem tego może być to, że same te cząstki, przepływające ku dołowi, tworzą barierę ochronną lub warstwę ochronną w tym obszarze. Gdy stosuje się ochronną warstwę z materiału ogniotrwałego, wówczas korzystne jest nałożenie odpornego materiału ogniotrwałego na całym obszarze krytycznym, a nie tylko w aktualnym punkcie uderzenia, znajdującym się prostopadle naprzeciw wlotu gazowego.

Narożne obszary komory wirowej mają korzystny wpływ na oddzielanie cząstek. W obszarach narożnych, przepływ zawiesiny gazowej musi nagle zmieniać swój kierunek. Gaz zmienia swój przepływ dużo łatwiej niż cząstki, które gromadzą się w obszarach narożnych. Prowadzi to do zmniejszenia prędkości przepływu cząstek w kierunku przepływu wirowego w obszarach narożnych. Przepływ cząstek może być nawet zatrzymany, gdy natrafia na warstwę nawiesiny cząstek cięższych blisko ściany w obszarach narożnych, co prowadzi do dalszego skupiania cząstek blisko obszarów narożnych. Skupione zawiesiny, warstwy lub inne skupiska cząstek ciężkich łatwiej się oddzielają od przepływu gazowego w komorze wirowej w wyniku grawitacji i płyną, ku dołowi w obszarach narożnych do dolnej części oddzielacza.

Powrotny kanał 14 jest podzielony działową ścianą 71 na dwie części 13,15, przy czym ich dolne sekcje są utworzone za pomocą ścian 72 wykładanych cegłami lub materiałem ognioodpornym, jako przestrzenie 74, 76 o kształcie kominowym, przy czym do tych przestrzeni płyną oddzielone cząstki stałe. Z przestrzeni o kształcie kominowym materiał stały doprowadza się za pośrednictwem otworów 78,80 z powrotem do dolnej sekcji komory reakcyjnej.

Na figurze 1 przedstawiono pierwszy przykład wykonania oddzielacza według wynalazku. Według tego przykładu, ściana 16 komory reakcyjnej 10 tworzy ścianę 32 powrotnego kanału 14. Według drugiego przykładu wykonania, przedstawionego na fig. 4, powrotny kanał jest utworzony przez osobne ściany, przy czym nie jest tam wykorzystywana ściana komory reakcyjnej. Na fig. 4 zastosowano te same oznaczniki cyfrowe co na fig. 1, 2 i 3. W dolnej sekcji komory wirowej 12, ściany 32, 36 są obydwie zagięte jedna ku drugiej, tak aby utworzyć symetryczny komin. Powrotny kanał 14 jest więc umieszczony w małej odległości od komory reakcyjnej 10. Dolna część powrotnego kanału 14 ma pętlicową uszczelkę 34, która uniemożliwia przepływ gazu od komory reakcyjnej 10 do powrotnego kanału 14.

W przykładzie pokazanym na fig. 4, powrotny kanał 14 stanowi wydłużony kanał, taki jak w przykładzie przedstawionym na fig. 2. Gdy są zastosowane działowe ściany, wówczas najniższa sekcja komory wirowej 12 może być tak ukształtowana, aby tworzyć jeden lub więcej wylotów dla stałych cząstek u spodu ukształtowanej kominowo komory wirowej 12, przy czym kształt wylotów jest zbliżony od kształtu kwadratu lub okręgu. Wylot lub wyloty mogą być podłączone do powrotnych kanałów o kształcie rurowym., tak jak w konwencjonalnych pionowych oddzielaczach odśrodkowych.

Na figurze 5A przedstawiono przekrój przez rozwiązanie według fig. 4, podobny do przekroju pokazanego na fig. 3 dla rozwiązania według fig. 1. W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 1, 2 i 3 komora wirowa 12 ma jeden gazowy wlot 30. Odśrodkowy oddzielacz według fig. 5A ma dwa wloty 86, 88, po jednym dla każdego wiru gazowego. Podobnie jak na fig. 3, przekrój komory wirowej 12 jest również prostokątny. Przekrój poprzeczny gazowej przestrzeni na jeden wir jest prawie kwadratowy. Ściany komory

168 295 wirowej są chronione cienką warstwą materiału ogniotrwałego odpornego na ścieranie, nie pokazanego na rysunku.

Odśrodkowy oddzielacz według wynalazku jest szczególnie korzystny z tego względu, że w jednej obudowie oddzielacza można utworzyć wiele gazowych wirów. Na przykład, w jednej przestrzeni wewnątrz oddzielacza można tworzyć cztery wiry, przy czym każdy wir ma własny wylot gazowy 54, 55, 56, 57, tak jak przedstawiono na fig. 6A. Korzystnie w oddzielaczu umieszcza się dwa gazowe wloty tak, abyjeden wlot w danej chwili doprowadzał gaz do dwóch wirów. Oddzielacze mogą też mieć utworzoną jeszcze większą liczbę wirów.

Gazowe wloty umieszcza się w oddzielaczu w taki sposób, aby gaz prowadzić zasadniczo stycznie do tworzonego wiru. W przykładzie oddzielacza według wynalazku pokazanego na fig. 6A, wielowirowy oddzielacz ma podporową ścianę 70, która podpiera długie ściany oddzielacza. Ściana ta dzieli komorę wirową na dwie równe sekcje.

Można także ustawić obok siebie nawzajem niezależne oddzielacze o dwóch wirach tak, aby uzyskać baterię oddzielaczy o czterech wirach. W wyniku zastosowania płaskich ścian oddzielacze te dają się łatwo ustawić oboksiebie bez jakiejkolwiek potrzeby tracenia dodatkowej przestrzeni. W ten sposób można łatwo połączyć pożądaną liczbę mniejszych oddzielaczy standardowych. Konstrukcja ta jest -dużo mniej kosztowna, ponieważ można wykonać standardowe elementy oddzielacza i łączyć potrzebną ilość tych elementów, zamiast wytwarzania pojedynczego dużego oddzielacza.

Gdy łączy się ze sobą kilka płaskich elementów ściennych, tworząc długie baterie oddzielaczy, mające wspólne ściany działowe między różnymi sekcjami oddzdedaczy, wówczas ilość ścian spawanych jest dużo mniejsza, niż przy wytwarzaniu całkowicie niepołączonych oddzielaczy. Ilość ścian w baterii oddzielaczy według wynalazku jest równa lub mniejsza niż liczba wirów +3, gdy między wszystkimi wirami jest umieszczona działowa ściana. Całkowita powierzchnia ścian zespołów oddzielaczy jest także mniejsza, przez co oddzielacz jest tańszy. Konstrukcja oddzielacza z fig. 1 jest bardzo korzystna, bowiem jest również wykorzystywana powierzchnia ścian komory reakcyjnej. W tym wypadku, ilość wymaganych ścian jest równa lub mniejsza niż ilość wirów +2, gdy między wszystkimi wirami jest umieszczona działowa ściana. Ilość ścian jest jeszcze mniejsza, jeśli nie są zastosowane żadne ściany działowe.

W oddzielaczu według wynalazku jest również możliwe stosowanie tylko jednego gazowego wiru i jednego lub więcej gazowych wlotów, tak jak przedstawiono na fig. 7A. Zalety uzyskane za pomocą tworzenia komory wirowej o płaskich ścianach, tak aby także wewnętrzna część komory wirowej zasadniczo odbiegała od kołowego kształtu, występują również w tym wypadku.

Zakres wynalazku nie ogranicza się do przykładów wykonania, lecz obejmuje również zakres określony w zastrzeżeniach patentowych. Tak więc, w niektórych wypadkach komora wirowa może mieć kształt wieloboku, takiego jak sześciobok lub nawet ośmiobok, które mogą być łatwo wytwarzzme za pomocą płyt płaskich. Przekrój poprzeczny gazowej przestrzeni komory wirowej ma zasadniczo taki sam kształt jak przekrój poprzeczny przez zewnętrzne ściany komory wirowej. W oddzielaczu według wynalazku gazowa przestrzeń komory wirowej nie jest wyposażona w zasadniczo zakrzywione ściany, na przykład z ogniotrwałych materiałów izolowanych cieplnie, materiałów ogniotrwałych odpornych na ścieranie, ani nie ma płyt prowadnikowych, tak aby przekrój poprzeczny komory wirowej był zbliżony do koła. Wewnętrzne ściany mogą jednak być wykładane cienką warstwą ogniotrwałego materiału odpornego na ścieranie.

Wynalazek obejmuje także sposób oddzielania cząstek od strumienia gazu wysokotemperaturowego, zawierającego zawieszone cząstki stałe, z wykorzystaniem! komory wirowej z wewnętrzną przestrzenią gazową, mającą kolistość większą niż 1, a korzystnie większą lub równą 1, 1. Sposób obejmuje etapy doprowadzania wysokotemperaturowego gazu z zawartymi w nim cząstkami do górnej niekołowej wewnętrznej gazowej przestrzeni 31 komory wirowej, tworzenia co najmniej jednego pionowego gazowego wiru w komorze wirowej, w której wiruje gaz w kontakcie z niekołowym przekrojem poprzecznym komory

168 295 wirowej, usuwania wysokotemperaturowego gazu, od którego oddziela się cząstki, z komory wirowej oraz usuwania oddzielonych cząstek z dolnej części komory wirowej.

W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 5B, komora wirowa 12 ma kształt wieloboku i nie ma działowej ściany między gazowymi przestrzeniami, tak jak w przykładzie wykonania pokazanym na fig. 5A. Na fig. 5B jest zastosowany jeden wlot 86,88 dla każdego gazowego wiru tworzonego w komorze wirowej 12 gazowej przestrzeni 31. Zastosowano te same oznaczniki cyfrowe jak na fig. 5B do fig. 7B, na których pokazano przykłady wykonania z elementami konstrukcyjnymi podobnymi do tych, które są pokazane w przykładach wykonania na fig. 5A do fig. 7A.

W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 6B występuje jeden wlot 86, 88 dla gazowych wirów w gazowych przestrzeniach 31a,31b.Nafig.7B przedstawiono jedenmoduł wiru gazowego.

Na figurze 8 przedstawiono dwie gazowe przestrzenie 31a, 31b z wirami gazowymi, mające wydłużony przekrój poprzeczny i wydłużone gazowe wylotowe otwory 50,52.

Na figurze 9 przedstawiono przekrój poprzeczny reaktora o krążącym złożu fluidalnym, mającego komorę reakcyjną 110 oraz moduły oddzielacza 112a, 112b, 112c itp. wokół górnej części komory reakcyjnej 110. Elementy konstrukcyjne zastosowane w tym przykładzie wykonania, podobne do elementów konstrukcyjnych występujących w przykładach na fig. 1 do fig. 5A, oznaczono tymi samymi oznacznikami cyfrowymi, poprzedzonymi wyróżnikiem 1.

Na figurze 10 przedstawiono przekrój poprzeczny cylindrycznej komory reakcyjnej 210, mającej moduły oddzielacza z zakrzywionymi ścianami wokół komory reakcyjnej 210. Elementy konstrukcyjne zastosowane w tym przykładzie wykonania, podobne do zastosowanych w przykładach wykonania według fig. 1 do fig. 5A, oznaczono tymi samymi oznacznikami cyfrowymi, poprzedzonymi wyróżnikiem 2.

Na fig. 11 do fig. 15 przedstawiono pionowe przekroje poprzeczne reaktorów o krążącym złożu fluidalnym, mające umieszczone wewnątrz odśrodkowe oddzielacze według wynalazku. Na fig. 11, oddzielacze są ustawione po dwóch przeciwnych stronach komory reakcyjnej. Obydwie długie ściany 331a, 332b oraz 336a, 336b oddzielaczy są zagięte, tworząc powrotne kanały 314a, 314b. Jedna z długich ścian 332a, 332b jest ścianą wspólną z komorą reakcyjną. Oddzielacze ustawia się tak, aby częściowo wchodziły do komory reakcyjnej. Powrotne kanały umieszcza się na zewnątrz komory reakcyjnej. Elementy konstrukcyjne zastosowane w tym przykładzie wykonania, podobne do zastosowanych rozwiązań według fig. 1 do fig. 5A, oznaczono tymi samymi oznacznikami cyfrowymi, poprzedzonymi wyróżnikiem 3.

W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 12, tylko jeden (412a) z odśrodkowych oddzielaczy ma długą zagiętą ścianę 432b, wspólną z komorą reakcyjną 410, i przez to tylko ten oddzielacz 412b wystaje do wnętrza komory reakcyjnej. Powrotny kanał 424b oddzielacza 412b ustawia się wewnątrz komory reakcyjnej. Powrotny kanał 414a drugiego oddzielacza znajduje się na zewnątrz komory reakcyjnej. Elementy konstrukcyjne występujące w tym przykładzie wykonania, podobne do elementów zastosowanych w przykładach według fig. 1 do fig. 5A, oznaczono tymi samymi oznacznikami cyfrowymi, poprzedzonymi wyróżnikiem 4.

W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 13, oddzielacz nie ma żadnych ścian wspólnych z komorą reakcyjną. Oddzielaczjest połączony kanałem 540 z komorą reakcyjną 510. Elementy konstrukcyjne występujące- w tym przykładzie wykonania, podobne do elementów zastosowanych w przykładach wykonania według fig. 1 do fig. 5A, oznaczono tymi samymi oznacznikami cyfrowymi, poprzedzonymi wyróżnikiem 5.

Na figurze 14 przedstawiono przykład wykonania, w którym zastosowano dwa oddzielacze 612c, 612d, całkowicie wewnątrz komory reakcyjnej 610, bez jakichkolwiek ścian wspólnych z komorą reakcyjną. Odpowiednie powrotne kanały 614 tworzą przedział wewnątrz komory reakcyjnej 610. Elementy konstrukcyjne zastosowane w tym przykładzie wykonania, podobne do elementów występujących w przykładach według fig. 1 do fig. 5A, oznaczono tymi samymi oznacznikami cyfrowymi, poprzedzonymi wyróżnikiem 6.

168 295

Na figurze 15 przedstawiono odśrodkowy oddzielacz 712 według wynalazku typu przepływowego, mający gazowy wylot 750 w spodniej części wirowej komory 712. Elementy konstrukcyjne występujące w tym przykładzie wykonania, podobne do elementów zastosowanych w przykładach wykonania według fig. 1 do fig. 5A, oznaczono tymi samymi oznacznikami cyfrowymi, poprzedzonymi wyróżnikiem 7.

Wynalazek opisano powyżej z uwzględnieniem rozwiązania, które uznaje się obecnie za najbardziej praktyczny i korzystny przykład wykonania. Jednakże zakres wynalazku nie ogranicza się do opisanych przykładów wykonania, ale obejmuje również różne modyfikacje i rozwiązania równoważne, objęte zakresem według załączonych zastrzeżeń patentowych.

168 295

168 295

Fig. 4

168 295

Fig. 5 a

Fig. 6 a

Fig. 7 a

168 295

168 295

Fig. 9

232

Fig. 10

168 295

Fig. 12

Fig. 13

168 295

Fig. 15

168 295

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (31)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Oddzielacz odśrodkowy do oddzielania cząstek z gazów, zawierający pionową komorę wirową, która ma ściany, wyznaczające wewnętrzną przestrzeń gazową oraz górną sekcję i dolną sekcję, co najmniej jeden wlot dla gazów, przeznaczonych do oczyszczania, umieszczony w górnej sekcji komory wirowej, co najmniej jeden wylot dla oczyszczonych gazów z komory wirowej oraz co najmniej jeden wylot dla oddzielonych cząstek, umieszczony w dolnej sekcji komory wirowej, przy czym wspomniany wlot, wyloty oraz komora wirowa wyznaczają co najmniej jeden pionowy gazowy wir w komorze wirowej, zaś wspomniane ściany komory wirowej są wyraźnie niecylindryczne, a przekrój poprzeczny wspomnianej gazowej przestrzeni jest wyraźnie niekołowy i ma kolistość większą niż 1, znamienny tym, że przekrój poprzeczny przestrzeni, wyznaczonej bocznymi ścianami (32, 34,36,38) komory wirowej, ma kształt prostokąta takiego, że długość długich ścian bocznych (32,36) prostokąta jest dwukrotnie lub więcej razy większa niż długość krótkich bocznych ścian (34, 38) oraz że komora wirowa ma dwa lub więcej kolejnych wylotów gazowych (50, 51) w kierunku wzdłużnym komory wirowej, tak że w komorze wirowej tworzą się dwa lub więcej wirów gazowych.
2. 2. Oddzielacz według zastrz. 1, znamienny tym, że kolistość przekroju poprzecznego przestrzeni gazowej komory wirowej jest większa lub równa 1,1.
3. 3. Oddzielacz według zastrz. 1, znamienny tym, że kolistość przekroju poprzecznego przestrzeni gazowej komory wirowej jest większa lub równa 1,15.
4. 4. Oddzielacz według zastrz. 1, znamienny tym, że wspomniane ściany (32, 34,36,38) komory wirowej są płaskie, natomiast wspomniana przestrzeń gazowa ma wieloboczny przekrój poprzeczny.
5. 5. Oddzielacz według zastrz. 1, znamienny tym, że komora wirowa ma jeden wlot gazowy (30) przypadający na dwa wyloty gazowe (50, 51) tak, że od jednego gazowego wlotu (30) rozdziela się gaz na dwa gazowe wiry, a stąd gazy są usuwane poprzez dwa osobne wyloty.
6. 6. Oddzielacz odśrodkowy do oddzielania cząstek z gazów, zawierający pionową komorę wirową, która ma ściany, wyznaczające wewnętrzną przestrzeń gazową oraz górną sekcję i dolną sekcję, co najmniej jeden wlot dla gazów, przeznaczonych do oczyszczania, umieszczony w górnej sekcji komory wirowej, co najmniej jeden wylot dla oddzielonych cząstek, umieszczony w dolnej sekcji komory wirowej, przy czym wspomniany wlot, wyloty oraz komora wirowa wyznaczają co najmniej jeden pionowy gazowy wir w komorze wirowej, zaś wspomniane ściany komory wirowej są wyraźnie niecylindryczne, a przekrój poprzeczny wspomnianej gazowej przestrzeni jest wyraźnie niekołowy i ma kolistość większą niż 1, znamienny tym, że co najmniej dwie przeciwległe boczne ściany (32, 36,132,136,232,236, 332,336,432,436,532,536,34,38) górnej sekcji (43) komory wirowej są utworzone przez powierzchnie chłodzące.
7. 7. Oddzielacz według zastrz. 6, znamienny tym, że wszystkie boczne ściany komory wirowej są utworzone przez powierzchnie chłodzące.
8. 8. Oddzielacz według zastrz. 6, znamienny tym, że przekrój poprzeczny przestrzeni, wyznaczonej przez boczne ściany komory wirowej ma kształt prostokąta, tak że długość długich bocznych ścian (32, 36) prostokąta jest dwukrotnie lub więcej razy dłuższa niż długość krótkich bocznych ścian (34,38), i że komora wirowa ma dwa lub więcej kolejnych wylotów gazowych (50, 52) w kierunku wzdłużnym komory wirowej, tak że w komorze wirowej powstaje dwa lub więcej wirów gazowych.
9. 9. Oddzielacz według zastrz. 6, znamienny tym, że wewnętrzne powierzchnie gazowej przestrzeni komory wirowej są przynajmniej częściowo wyłożone cienką warstwą ogniotrwałego materiału odpornego na ścieranie.

   168 295
10. 10. Oddzielacz według zastrz. 1, znamienny tym, że między co najmniej dwoma gazowymi wirami w komorze wirowej znajduje się ściana działowa (70), odchodząca od jednej długiej bocznej ściany komory wirowej do drugiej, przy czym ta ściana działowa (70) służy jako podporowy element dla długich bocznych ścian.·
11. 11. Oddzielacz odśrodkowy do oddzielania cząstek z gazów, zawierający pionową komorę wirową, która ma ściany, wyznaczające wewnętrzną przestrzeń gazową oraz górną sekcję i dolną sekcję, co najmniej jeden wlot dla gazów, przeznaczonych do oczyszczania, umieszczony w górnej sekcji komory wirowej, co najmniej jeden wylot dla oczyszczonych gazów z komory wirowej oraz co najmniej jeden wylot dla oddzielonych cząstek, umieszczony w dolnej sekcji komory wirowej, przy czym wspomniany wlot, wyloty oraz komora wirowa wyznaczają co najmniej jeden pionowy gazowy wir w komorze wirowej, zaś wspomniane ściany komory wirowej są ^raźnie niecylindryczne, a przekrój poprzeczny wspomnianej gazowej przestrzeni jest wyraźnie niekołowy i ma kolistość większą niż 1, znamienny tym, że gazowy wlot lub wloty mają kształt pionowych wąskich szczelin (30, 86, 87, 88,186, 188, 286, 288). ’
12. 12. Oddzielacz według zastrz. 11, znamienny tym, ze szczelina lub szczeliny (30, 86, 87, 186, 188, 286, 288) mają w przybliżeniu taką samą wysokość, jak górna sekcja komory wirowej.
13. 13. Oddzielacz według zastrz. 11, znamienny tym, że przekrój poprzeczny przestrzeni gazowej w górnej sekcji (43) komory wirowej jest zasadniczo stały na różnych poziomach.
14. 14. Oddzielacz według zastrz. 11, znamienny tym, · że powierzchnia przekroju poprzecznego przestrzeni gazowej w dolnej sekcji (45) komory wirowej zmniejsza się ku dołowi.
15. 15. Oddzielacz według zastrz. 14, znamienny tym, że co najmniej jedna ściana w dolnej sekcji (45) komory wirowej jest nachylona, zmniejszając gazową przestrzeń w kierunku ku dołowi.
16. 16. Oddzielacz według zastrz. 15, znamienny tym, że dwie przeciwległe ściany w dolnej sekcji (45) komory wirowej zbliżają się jedna do drugiej w kierunku ku dołowi, tak aby dolna sekcja tworzyła szczelinę.
17. 17. Oddzielacz według zastrz. 15, znamienny tym, że jedna ściana w dolnej sekcji (45) komory wirowej zbliża się do przeciwległej ściany, tak że w dolnej sekcji tworzy się szczelina.
18. 18. Oddzielacz według zastrz. 14, znamienny tym, że jedna lub więcej ścian w dolnej sekcji (45) komory wirowej zbliżają się jedna do drugiej tak, że w dolnej sekcji (45) komory wirowej tworzy się szczelina lub kanał zasadniczo o wymiarze wylotu dla oddzielonych cząstek.
19. 19. Oddzielacz odśrodkowy do oddzielania cząstek z gazów, zawierający pionową komorę wirową, która ma ściany, wyznaczające wewnętrzną przestrzeń gazową oraz górną sekcję i dolną sekcję, co najmniej jeden wlot dla gazów, przeznaczonych do oczyszczania, umieszczony w górnej sekcji komory wirowej, co najmniej jeden wylot dla oczyszczonych gazów z komory wirowej oraz co najmniej jeden wylot dla oddzielonych cząstek, umieszczony w dolnej sekcji komory wirowej, przy czym wspomniany wlot, wyloty oraz komora wirowa wyznaczają co najmniej jeden pionowy gazowy wir w komorze wirowej, zaś wspomniane ściany komory wirowej są wyraźnie niecylindryczne, a przekrój poprzeczny wspomnianej gazowej przestrzeni jest wyraźnie niekołowy i ma kolistość większą niż 1, znamienny tym, że wylot lub wyloty (46) dla oddzielanych cząstek nie znajdują się na tej samej symetrycznej osi, jak wylot lub wyloty (50, 52, 250, 251, 252, 350. 351) dla oczyszczonych gazów.
20. 20. Oddzielacz odśrodkowy do' oddzielania cząstek z gazów, zawierający pionową komorę wirową, która ma ściany, wyznaczające wewnętrzną przestrzeń gazową oraz górną sekcję i dolną sekcję, co najmniej jeden wlot dla gazów, przeznaczonych do oczyszczania, umieszczony w górnej sekcji komory wirowej, co najmniej jeden wylot dla oczyszczonych gazów z komory wirowej oraz co najmniej jeden wylot dla oddzielonych cząstek, umieszczony w dolnej sekcji komory wirowej, przy czym· wspomniany wlot, wy'loty oraz komora wirowa wyzna czają co najmniej jeden pionowy gazowy wir w komorze wirowej, zaś wspomniane ściany komory wirowej są wyraźnie niecylindryczne, a przekrój poprzeczny wspo4

    168 295 mnianej gazowej przestrzeni jest wyraźnie niekołowy i ma kolistość większą niż 1, znamienny tym, że ma co najmniej dwie umieszczone w sąsiedztwie komory wirowe (31A, 31B) (212A, 212B), przy czym jedna ściana każdej ze wspomnianych komór wirowych jest utworzona przez pojedynczą rurową płytę, łączącą te komory wirowe.
21. 21. Oddzielacz według zastrz. 20, znamienny tym, że ma co najmniej dwie umieszczone w sąsiedztwie komory wirowe, przy czym dwie przeciwległe ściany (16,26) wspomnianych komór wirowych są utworzone z dwóch płyt rurowych, łączących te komory wirowe.
22. 22. Oddzielacz według zastrz. 20, znamienny tym, że dwie sąsiednie komory wirowe mają jedną wspólną ścianę.
23. 23. Oddzielacz według zastrz. 20, znamienny tym, że dwie sąsiednie komory wirowe (212A, 212B) mają jeden wspólny wlot gazowy (288).
24. 24. Sposób oddzielania cząstek ze strumienia wysokotemperaturowego gazu, zawierającego zawieszone w nim cząstki z zastosowaniem oddzielacza odśrodkowego z pionową komorą wirową, utworzonego przez wyraźnie niecylindryczne ściany i wyznaczającego wewnętrzną przestrzeń gazową o przekroju poprzecznym, który jest wyraźnie niekołowy i ma kolistość większą lub równą 1,1, znamienny tym, że wprowadza się w sposób ciągły wysokotemperaturowy gaz z przenoszonymi w nim cząstkami do górnej części niekołowej wewnętrznej przestrzeni gazowej komory wirowej i ustanawia się w przestrzeni gazowej tej komory co najmniej jeden pionowy wir gazowy, w kontaktujący się z niekołowym przekrojem poprzecznym tej komory wirowej, a następnie po oddzieleniu cząstek wyprowadza się ten wysokotemperaturowy gaz, z komory wirowej a z jej dolnej części usuwa się oddzielone cząstki.
25. 25. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że łączy się razem wiele wspomnianych odśrodkowych oddzielaczy z pionową komorą wirową, a wysokotemperaturowy gaz wprowadza się do wszystkich komór wirowych jednocześnie.
26. 26. Sposób według zastrz. 25, znamienny tym, że wprowadzanie gazu wysokotemperaturowego przeprowadza się przez doprowadzenie gazu w pionowo wydłużonej objętości do komory wirowej.
27. 27. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że stosuje się wysokotemperaturowy gaz pochodzący z reaktora o krążącym złożu fluidalnym, zawraca się oddzielone cząstki, usunięte z dolnej części komory wirowej, do obiegu tego reaktora.
28. 28. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że ustanawia się przynajmniej dwa wiry gazowe w komorze wirowej.
29. 29. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że w trakcie przeprowadzania ustanawiania wirów gazowych chłodzi się wyraźnie niecylindryczne ściany oddzielacza.
30. 30. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że gaz wysokotemperaturowy z zawieszonymi w nim cząstkami wprowadza się do górnej części niekołowej wewnętrznej przestrzeni gazowej komory wirowej poprzez wlot lub wloty mające kształt pionowej wąskiej szczeliny.
31. 31. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że usuwanie gazu wysokotemperaturowego przeprowadza się na odmiennej osi symetrii niż usuwanie oddzielonych cząstek.