PL181176B1

PL181176B1 - Sposób oddzielania cząstek od strumienia gazu i zespół separatora odśrodkowego do oddzielania cząstek od strumienia gazu

Info

Publication number: PL181176B1
Application number: PL96322206A
Authority: PL
Inventors: Timo Hyppänen
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1996-03-07
Publication date: 2001-06-29
Also published as: AU4833696A; DK0814888T3; CA2215040C; CN1067912C; US5738712A; EP0814888A1; KR19980703034A; DE69614513T2; JPH10510215A; EP0814888B1; CN1178481A; KR100213509B1; CA2215040A1; WO1996028237A1; DE69614513D1; JP2963771B2; PL322206A1; ATE204198T1; RU2134146C1

Abstract

Sposób oddzielania czastek od strumienia gazu w zespole separatora odsrodkowego, do którego wprowadza sie gaz w postaci strumienia z porw a- nymi czastkami przez doplyw gazu w pierw szej scianie komory wirowej do obszaru objetosci gazu, przy temperaturze powyzej 500º C, w kierunku stycz- nym do osi pionowej obracajacego sie w iru gazowego utw orzonego w objeto- sci gazu przy czym strumien i wir przecinaja sie w pewnym punkcie przeciecia, usuwa sie oczyszczony gaz ze szczytu wiru gazu przez odplyw gazu, usuwa sie w ydzielone czastki u dolu wiru gazowego przez odparowa- nie, znam ienny tym , ze lagodnie zm ienia sie, za pom oca wkladki (33' ) z za- kizyw iona powierzchnia, kierunek przeplywu wszelkich czastek wydzielonych z w iru w poblizu pierwszej sciany (32), od kierunku przeplywu w zasadzie wzdluz pierwszej sciany do kierunku przeplywu w zasadzie zgod- nego z kierunkiem strum ienia wlotowego 6 Zespól separatora odsrodkowego, do oddzielania czastek od strumie- nia gazu w sklad którego w chodzi kom ora wirowa, uksztaltowana z grupy w zasadzie plaskich scian, w lacznie ze sciana pierwsza, p rzy czym kom ora w i- rowa zaw iera pewien obszar objetosci gazu, o przekroju wielokatnym, przy- najmniej jeden doplyw gazu uksztaltowany w pierwszej scianie, gdzie doplyw gazu je st zaopatrzony w przynajmniej jedna podluzna sciane ksztaltujaca strum ien, której swobodna czesc koncowa wchodzi w glab obje- tosci gazu na pierw sza odleglosc od pierwszej sciany, przynajmniej jeden odplyw gazu oczyszczonego, odchodzacy od komory wirowej i polaczony z obszarem objetosci gazu oraz przynajmniej jedno odprowadzenie oddzielo- nych czastek z objetosci gazu, zn am iennny tym , ze kom ora w irow a (12) za- w iera elem ent prow adzacy (33), zaopatrzony we w kladke (33), posiadajaca zakrzywiona pow ierzchnie (47) od strony obszaru objetosci gazu i rozm iesz- czona miedzy sw obodna czescia koncowa (41) sciany (40) ksztaltujacej stru- mien, a pierw sza sciana (32) Fig. 4 PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oddzielania cząstek od strumienia gazu i zespół separatora odśrodkowego do oddzielania cząstek od strumienia gazu.

Znany separator odśrodkowy, ujawniony w patencie USA nr 5 281 398, jest zaopatrzony w komorę wirową, zawierającąpewnąobjętość gazu, przynajmniej jeden dopływ gazu do wprowadzania gazu z porywanymi cząstkami do tej objętości gazu oraz przynajmniej jeden odpływ gazu oczyszczonego, odchodzący od komory wirowej i połączony z tą objętością gazu, służący do wytwarzania przynajmniej jednego wiru gazowego w tej objętości gazu, oraz przynajmniej jedno odprowadzenie oddzielonych cząstek objętości gazu.

Cząstki porwane z gorącymi gazami oddziela się w komorze wirowej. Gaz wprowadza się do komory wirowej przez jeden lub więcej dopływów gazu w ścianie bocznej wprowadzających gaz stycznie komory wirowej dla maksymalizowania zawirowania czyli spowodowania ruchu obrotowego gazu podczas jego wprowadzania. Takie separatory odśrodkowe idealnie współpracująz obiegowymi reaktorami fluidyzacyjnymi, lecz można je wykorzystywać również na skalę przemysłową przy kotłach, jak to opisano w artykule pod tytułem „Pyroflow Contact: A Second Generation CFB Boiler by Ahlstrom Pyropower” (Pyroflow Contact: Kocioł drugiej generacji ze spalaniem fluidyzacyjnym według Ahlstrom Pyropower), aut. Gamble i in., Fluidized Bed Combustion, t. 2, ASME, 1993, str. 751-760.

Jakkolwiek takie płaskościenne separatoryjakujawniony w opisie US 5 281 398 sąwysoce korzystne, to należy zauważyć, że występuje w nich pewna nieregulamość wydajności pracy ze względu na płaskie ukształtowanie geometryczne przy dopływie, czy też dopływach gazu. W obszarze dopływu cząstki, które znajdują się na obwodzie wiru gazowego, mają tendencję do wydzielania się gazu podczas przepływu wzdłuż przedniej ściany komory wirowej zawierającej dopływ gazu oraz do utrudniania prawidłowego wprowadzania gazu do komory wirowej i osiągnięcia pożądanej intensywności ruchu obrotowego gazu w wirze.

Sposób oddzielania cząstek od strumienia gazu w separatorze odśrodkowym, do którego wprowadza się gaz w postaci strumienia z porwanymi cząstkami przez dopływ gazu w pierwszej ścianie komory wirowej do obszaru objętości gazu, przy temperaturze powyżej 500°C, w kierunku stycznym do osi pionowej obracającego się wiru gazowego utworzonego w objętości gazu, przy czym strumień i wir przecinają się w pewnym punkcie przecięcia, usuwa się oczyszczony gaz ze szczytu wiru gazu przez odpływ gazu, usuwa się wydzielone cząstki u dołu wiru gazowego przez odprowadzenie, według wynalazku wyróżnia się tym, że łagodnie zmienia się, za pomocą wkładki z zakrzywioną powierzchnią, kierunek przepływu wszelkich cząstek wydzielonych z wiru w pobliżu pierwszej ściany, od kierunku przepływu w zasadzie wzdłuż pierwszej ściany do kierunku przepływu w zasadzie zgodnego z kierunkiem strumienia wlotowego. Korzystnie, kierunek zmienia się łagodnie w zakresie kąta 270°-316° od punktu przecięcia.

Gaz z zawieszonymi cząstkami korzystnie wprowadza się przez przelot, którego wysokość jest przynajmniej dwukrotnie większa od szerokości.

Do obszaru objętości gazu korzystnie wprowadza się strumień w pewnej odległości od pierwszej ściany 32, od 0,2 do 5 razy większej od szerokości dopływu gazu.

Do obszaru objętości gazu po przekroju w zasadzie kwadratowym korzystnie wprowadza się strumień w pewnej odległości od pierwszej ściany, większej niż 50 mm lecz mniejszej niż 25% szerokości obszaru objętości gazu.

Zespół separatora odśrodkowego, do oddzielania cząstek od strumienia gazu, w skład którego wchodzi komora wirowa, ukształtowana z grupy w zasadzie płaskich ścian, włącznie ze ścianą pierwszą, przy czym komora wirowa zawiera pewien obszar objętości gazu, o przekroju wielokątnym, przynajmniej jeden dopływ gazu ukształtowany w pierwszej ścianie, gdzie dopływ

181 176 gazu jest zaopatrzony w przynajmniej jedną podłużną ścianę kształtującą strumień, której swobodna część końcowa wchodzi w głąb objętości gazu na pierwszą odległość od pierwszej ściany, przynajmniej jeden odpływ gazu oczyszczonego, odchodzący od komory wirowej i połączony z obszarem objętości gazu oraz przynajmniej jedno odprowadzenie oddzielonych cząstek z objętości gazu, według wynalazku wyróżnia się tym, że komora wirowa dodatkowo zwiera element prowadzący, zaopatrzony we wkładkę, posiadającązakrzywionąpowierzchnię od strony obszaru objętości gazu i rozmieszczoną między swobodną częścią końcową ściany kształtującej strumień, a pierwszą ścianą.

Wkładkę korzystnie stanowi wkładka wykonana z materiału ogniotrwałego.

Korzystnie, przekrój obszaru objętości gazu w komorze wirowej jest w zasadzie kwadratowy.

Grupa w zasadzie płaskich ścian korzystnie zawiera drugą ścianę, w zasadzie prostopadłą do pierwszej ściany i przecinającą się z nią przy czym przynajmniej jedna ściana kształtująca strumień stanowi w zasadzie równoległą do drugiej ściany pojedynczą ścianę kształtującą strumień, znajdującą się w pewnej odległości od drugiej ściany, przy czym dopływ gazu korzystnie ma wysokość, która jest większa od dwóch odległości.

Grupa w zasadzie płaskich ścian korzystnie zawiera drugą ścianę, w zasadzie prostopadłą do pierwszej ściany i przecinającą się z nią przy czym przynajmniej jedna kształtująca strumień ściana stanowi w zasadzie równoległą do drugiej ściany pojedynczą ścianę kształtującą strumień, znajdującą się w pewnej odległości od drugiej ściany, a druga ściana ma długość wewnętrzną wewnątrz obszaru objętości gazu, przy czym pierwsza odległość wynosi przynajmniej 50 mm, lecz mniej, niż 25% długości wewnętrznej.

Powierzchnia zmieniająca kierunek przepływu gazu korzystnie jest w zasadzie płaska.

W innym, korzystnym wykonaniu powierzchnia zmieniaj ąca kierunek przepływu gazuj est zakrzywiona.

Wkładka korzystnie zawiera zespół rur, zapewniających krążenie płynu chłodzącego powierzchnię zmieniającą kierunek przepływu gazu.

Kształtująca strumień ściana i części pierwszej ściany w sąsiedztwie wkładki korzystnie zawierają zespół rur, zapewniających krążenie płynu chłodzącego wkładkę.

Zespół w zasadzie płaskich ścian korzystnie zawiera ściany, przynajmniej drugą i trzecią połączone z pierwszą ścianą przy czym przynajmniej jedna ściana kształtująca strumień składa się z dwóch ścian kształtujących strumień rozsuniętych na pewnąodległość, zaś dopływ gazu korzystnie ma wysokość, która jest większa od 2 szerokości, a ściany kształtujące strumień, z których każda ma swobodną część końcową która wchodzi w obszar objętości gazu na pierwszą odległość i jest zaopatrzona we wkładkę z zakrzywioną powierzchnią są rozmieszczone w odcinku centralnym pierwszej ściany, odległym od ścian, drugiej i trzeciej.

Każda ze ścian kształtujących strumień tworzy kąt względem zakrzywionej powierzchni odpowiedniej wkładki, przy czym kąt ten korzystnie zawiera się w zakresie około 20°-80°, bardziej korzystnie w zakresie około 40°-60°.

Każda z wkładek korzystnie stanowi w zasadzie stałą wkładkę z materiału ogniotrwałego.

Pierwsza odległość korzystnie wynosi od 0,2 do 5 szerokości.

W innym, korzystnym wykonaniu zespół w zasadzie płaskich ścian zawiera ściany, przynajmniej drugą i trzecią połączone z pierwszą ścianą przechodzącą prostopadle do nich, przy czym przynajmniej jedna ściana kształtująca strumień składa się ze ścian, przynajmniej pierwszej i drugiej, ograniczających dwa dopływy gazu, a pierwsza ściana kształtująca strumień jest korzystnie umieszczona w sąsiedztwie drugiej ściany i w zasadzie równolegle do niej, lecz w pewnej od niej odległości, zaś druga ściana kształtująca strumień jest korzystnie umieszczona w. sąsiedztwie trzeciej ściany, lecz w pewnej odległości i w zasadzie równolegle do niej, przy czym każda ze ścian kształtujących strumień i pierwsza ściana są korzystnie zaopatrzone w element prowadzący i/lub wkładkę.

Wszystkie ściany zespołu płaskich ścian są korzystnie zaopatrzone w powierzchnie wewnętrzne pokryte materiałem ogniotrwały.

W skład zespołu w zasadzie płaskich ścian korzystnie wchodzi czwarta ściana, przeciwległa do dopływu gazu w pierwszej ścianie, przy czym ta czwarta ściana, przeciwległa do dopływu gazu, ma powierzchnię ogniotrwałą, znajdującą się naprzeciwko dopływu gazu, o podwyższonej odporności na ścieranie.

Separator jest korzystnie połączony w kombinację z obiegowym reaktorem fluidyzacyjnym, zaopatrzonym w komorę reakcyjną z fluidyzowanym złożem w dolnej części komory reakcyjnej i częścią wylotową gazu w górnej części komory reakcyjnej, połączoną z dopływem gazu separatora odśrodkowego, przy czym dopływ gazu biegnie w zasadzie pionowo, a odpływy gazu separatora odśrodkowego wystają w górę poza obszar objętości gazu, a reaktor jest dodatkowo zaopatrzony w kanał powrotny, miedzy dolną częścią separatora, a dolna częścią komory reakcyjnej.

Rozwiązanie według wynalazku poprawia stopień wirowania gazu z cząstkami i zapobiega przedwczesnemu wydzielaniu się cząstek ze strumienia wirowego w komorze wirowej w udoskonalonym separatorze odśrodkowym o płaskich ścianach.

Zakłócenia i przerwy przy dopływie gazu spowodowane przez gaz znajdujący się wewnątrz komory wirowej zostały zminimalizowane, tak jak i efekt zakłócającego wpływu gazu i cząstek wirujących wewnątrz komory wirowej na gaz wprowadzany do komory wirowej.

Przerwy przepływu gazu w otworze wlotowym mogą występować w przypadku skądinąd korzystnych rozwiązań separatorów odśrodkowych opisanych w patencie USA 5 281 398. Obszar ściany przedniej, znajdujący się w pobliżu dopływu gazu, jest tak skonfigurowany, że cząstki obracające się w wirze gazowym lecz mające skłonność do wydzielania się są łagodnie odchylane od kierunku ruchu wzdłuż ściany, tak aby poruszały się w kierunku wprowadzania gazu, to znaczy równolegle lub prawie równolegle do strumienia gazu wprowadzanego do komory wirowej. W ten sposób wyraźnie maksymalizuje się działanie zawirowujące gazu przy stycznym wprowadzaniu go do komory wirowej.

Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, został bliżej objaśniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia, w uproszczeniu, częściowo w przekroju i częściowo w widoku z przodu, obiegowy reaktor fluidyzacyjny według niniejszego wynalazku, fig. 2 - separator odśrodkowy z fig. 1 w przekroju wzdłuż linii 2-2, fig. 3 - separator odśrodkowy z fig. 2 w przekroju wzdłuż linii 3-3, a fig. 4 do 7 przedstawiają w widokach podobnych, jak fig. 3, inne odmiany wykonania separatorów odśrodkowych według niniejszego wynalazku.

Zespół separatora odśrodkowego według wynalazku zawiera następujące części składowe, które są wspólnie z separatorem odśrodkowym opisanym w patencie 5 281 398; zespół w zasadzie płaskich ścian, w skład którego wchodzi ściana pierwsza, tworząca komorę wirową z wewnętrzną objętością gazu, i służąca do generacji przynajmniej jednego wiru gazowego w objętości gazu, przy czym obszar objętości gazu ma przekrój wyraźnie nieokrągły (to znaczy o współczynniku obwodu powyżej 1,1, korzystnie powyżej 1,3, a najkorzystniej w zasadzie kwadratowy); przynajmniej jeden odpływ gazu oczyszczonego odchodzący z przestrzeni gazowej; przynajmniej jeden dopływ gazu utworzony w pierwszej ścianie dla wprowadzania do objętości gazowej gazu wraz porwanymi cząstkami, przy czym dopływ gazu zawiera przynajmniej jedną podłużną ścianę kształtującą strumień ze swobodną częściąkońcową wystającądo wewnątrz objętości gazu na pierwszą odległość od pierwszej ściany, dla utworzenia strumienia gazu w zasadzie stycznego do wiru gazowego w objętości gazu oraz przynajmniej jedno odprowadzenie oddzielonych cząstek z objętości gazu.

Na figurze 1 pokazano obiegowy reaktor fluidyzacyjny zawierający komorę reakcyjną 10, separator 11 odśrodkowy cząstek (cyklon) i kanał powrotny 14 do zawracania wydzielonych cząstek na powrót do komory 10. Przekrój komory reakcyjnej jest prostokątny, akomora reakcyjna 10 składa się ze ścian wodnorurkowych, z których na fig. 1 przedstawiono tylko dwie podłużne -16 i 18. Korzystne jest, jeżeli ściany wodnorurkowe są ukształtowane / połączonych ze sobą pionowych rur wodnych.

Górna część ściany 18 jest zagięta tworząc sklepienie 20 komory reakcyjnej 10. Ściany dolnego odcinka komory reakcyjnej 10 są zabezpieczone materiałem ogniotrwałym 22. Reaktor ma doprowadzenie 23 dla materiału stałego. Dno komory reakcyjnej 10 jest ukształtowane z płyty rozdziel

181 176 czej 254 wyposażonej w dysze, czyli otwory 26 do wprowadzania gazu fluidyzacyjnego z komory 28 sprężonego powietrza do komory reakcyjnej 10 w celu utrzymania złoża fluidalnego w komorze 10. Gaz fluidyzacyjny, bądź powietrze fluidyzacyjne, zostaje wprowadzony do komory reakcyjnej z natężeniem na tyle dużym, że powoduje ciągły przepływ wraz z gazem znacznej części materiału złoża fluidalnego do górnej części komory 10 przez otwór, bądź szczelinę, umieszczoną w górnej części komory 10, do separatora 11 cząstek. Szczelina stanowi dopływ 30 gazu do separatora.

Odśrodkowy separator 11 według odmiany wykonania z fig. 1 jest wielowirowym separatorem odśrodkowym, w którym są wytwarzane dwa równoległe pionowe wiry gazowe w obszarze objętości gazu, wydzielające cząstki z gazu zassanego z komory reakcyjnej 10 za pomocąsiły odśrodkowej. Komora wirowa 12 stanowi separator 11, i korzystnie zawiera płaskie, korzystnie prostokątne ściany 32, 34, 36, 38 wodnorurkowe (patrz również fig. 3). Korzystne jest, jeżeli ściany 32, 34, 36 i 38 są również wykonane z pionowych rur wodnych 37, połączonych ze sobą żebrami 39 (patrz fig. 2). Komora wirowa 12 separatora 11 według fig. 1 ma jedną sąsiadującąz komorą reakcyjną 10, ścianę podłużną wspólną z komorą reakcyjną 10, to znaczy część ściany 16 komory reakcyjnej 10, stanowi ścianę 32 komory wirowej 12. W niektórych przypadkach można również stosować oddzielne ściany reaktora 10 i separatora 11.

W szczelinie czyli dopływie 30 gazu, wodnorurkowa ściana 32 zagina się do wewnątrz komory wirowej 12, tak że powstająrównoległe ściany 40 kształtujące strumień, stanowiące kanał 42 prowadzący przepływ gazu do obszaru objętości 31 gazu komory wirowej 12. Szczelina, czyli dopływ 30 gazu, jest wysoka i wąska, wyższa i węższa niż w konwencjonalnych cyklonach pionowych, korzystnie wysokością równa górnemu odcinkowi 43 (patrz fig. 1) komory wirowej 12. Korzystne jest, jeżeli stosunek wysokości do szerokości szczeliny stanowiącej dopływ 30 jest > 2, korzystniej > 4.

Każda ze ścian 40 kształtujących strumień odchodzi od wewnątrz od pierwszej ściany 32 w głąb obszaru objętości gazu 31 na pierwszą odległość od swobodnej części 41 końcowej, najlepiej widocznej na fig. 3. Stosuje się również element prowadzący, oznaczony ogólnie odnośnikiem 33, dla prowadzenia wiru gazowego między pierwszą ścianą 32 a ścianą 40 kształtującą strumień, tak że kierunek przepływu cząstek oddzielających się od gazu w wirze gazowym zostaje łagodnie zmieniony z w zasadzie wzdłużnego względem wewnętrznej strony pierwszej ściany 32 na w zasadzie prostopadły do pierwszej ściany 32 przy dopływie 30 gazu (to znaczy w zasadzie stycznego do wiru gazowego w tym miejscu obszaru objętości 31 gazu, i wzdłuż strumienia indukowanego przez szczelinę stanowiącą dopływ 30.

Element prowadzący 33 może zawierać dysze wprowadzające płyn w miejscu przecięcia się ścian 40 i ściany 32 do zmiany kierunku przepływu, lub może zawierać urządzenia generacyjne elektryczne lub magnetyczne, które odpychają cząstki przy narożnikach między ścianą 40 a ścianą 32, jeżeli cząstki są naładowane elektrycznie lub magnetycznie, lub też może zawierać inne urządzenia z szerokiego zakresu różnorodnych konstrukcji. W korzystnej odmianie wykonania element prowadzący 33 zawiera wkładkę 33', która ma stałą powierzchnię 47 zmieniającą kierunek przepływu gazu. Powierzchnia 47 może być w zasadzie płaska, jak to przedstawiono na fig. 3 i 4, lub też może być zakrzywiona jak to przedstawiono na fig. 5 do 7. Wkładka 33', przedstawiona na fig. 1 do 5, stanowi wkładkę z w zasadzie stałego materiału ogniotrwałego, na przykład ceramiki, kruszonego materiału ogniotrwałego związanego spoiwem lub innych konwencjonalnych materiałów ogniotrwałych. Wkładka 33', jak widać na fig. 2, ma wysokość porównywalną z wysokością H szczeliny. Szczelina, stanowiąca dopływ 30 ma szerokość W (patrz na przykład fig. 4) i w korzystnym wykonaniu konstrukcyjnym według wynalazku wysokość H jest przynajmniej dwukrotnie większa, a korzystnie czterokrotnie większa od szerokości W.

W odmianie wykonania przedstawionej na fig. 2 i 3, w której dwie ściany 40 kształtujące strumień znajdują się w centralnej części pierwszej (przedniej) ściany 32 separatora, każda ze ścian 40 tworzy pewien kąt a ze ścianą 47 (lub jeżeli ściana 47 jest zakrzywiona, z limą łączącą punkty końcowe powierzchni 47 na swobodnym końcu 41 ściany 40 i w miejscu, gdzie powierzchnia 47 przecina pierwszą ścianę 32). Korzystne jest, jeżeli kąt a zawiera się w zakresie 20-80°,

181 176 najkorzystniej w zakresie około 40-60°. Również korzystne jest, jeżeli pierwsza odległość, odległość między ścianą 32 a swobodnym końcem 41, wzdłuż ściany 40 kształtującej strumień, jest od 0,2 do 5 razy większa od szerokości W szczeliny stanowiącej dopływ 30.

Jak widać w odmianie wykonania z fig. 4, pierwsza odległość (długość ściany 40 kształtującej strumień między pierwsząścianą32 ajej swobodnym końcem 41) oznaczona odnośnikiem 49 wynosi zwykle przynajmniej 50 mm. Jeżeli długość ścian 34,3 8, od pierwszej ściany 32 wynosi D (przy czym obszar objętości 31 gazu ma przekrój kwadratowy, jak to przedstawiono na fig. 4), to maksymalny wymiar 49 jest mniejszy od 25% D.

Korzystne jest, jeżeli górne części ścian komory wirowej 12 ograniczające obszar objętości 31 sąpionowe i płaskie, tworząc odcinek górny 43. Dolna część ściany podłużnej 36 jest zakrzywiona w stronę przeciwległej, podłużnej ściany 32 tworząc dolny odcinek 45 komory wirowej 12. Konstrukcja ta tworzy asymetryczny, podłużny, ukształtowany lejkowato obszar 44 (patrz fig. 1), przy czym dolna część obszaru 44 tworzy odprowadzenie 46 substancji stałych.

Odprowadzenie 46 służy równieżjako doprowadzenie do kanału powrotnego 14. Podłużne ściany kanału powrotnego 14 są odpowiednio ukształtowane przez przedłużenia ścian 34 i 38. Tylko część ścian końcowych 34 i 38, o szerokości kanału powrotnego 14, przechodzi w dół tworząc kanał powrotny. Pozostałe części ścian końcowych wystają tylko do górnej części, kanału powrotnego 14, jak to przedstawiono na fig. 1, w przypadku części ściany 34. Dolna część kanału powrotnego 14 ma połączenie z dolnym odcinkiem komory reakcyjnej 10 za pośrednictwem kolanka 48, dla zawracania substancji stałych wydzielonych w separatorze 11 do złoża fluidalnego na dnie komory 10; zamiast tego możliwe jest zastosowanie innych typów uszczelnień przepływu.

W górnym odcinku 43 komory wirowej 12 z kanałów 54 i 56 rozmieszczonych w otworach 50 i 52 (patrz fig. 2) ukształtowane sądwa kolejne odprowadzenia gazu, do odprowadzania oczyszczonego gazu z obszaru objętości 31 gazu komory wirowej 12. Kanały odpływowe 54,56 gazu w separatorze 11 mogą być kanałami albo ceramicznymi, albo chłodzonymi dla zapewnienia wytrzymałości na warunki wysokotemperaturowe w separatorze 11. Gazy przeprowadza się z separatora 11 do kanału 60 znajdującego się na jego szczycie, przy czym kanał 60 zaopatrzony jest w powierzchnie do regeneracji powierzchni 62, i dalej do pionowej sekcji konwekcyjnej znajdującej się za komorą reakcyjną 10, przy czym sekcja konwekcyjna jest również zaopatrzona w powierzchnie do odzyskiwania ciepła. Zamiast stosowania zasady wielowirowości korzystne jest niekiedy stosowanie kilku separatorów 11, na przykład dwóch, ze skojarzonymi wzajemnie pojedynczymi wirami, jak to pokazano na fig. 4.

Korzystne jest, jeżeli materiał ogniotrwały i odporny na ścieranie jest przymocowany bezpośrednio do przynajmniej niektórych części ścian 32,34,36 i 38 komory wirowej 12. Miejsca wystawione na silne ścieranie wymagają grubszej warstwy materiału ogniotrwałego, można też stosować materiał ogniotrwały o większej odporności na ścieranie. Tak więc na przykład, ściana 36, przeciwległa do dopływu 30 gazu, może być zaopatrzona w grube wyłożenie ogniotrwałe i mieć powierzchnię ogniotrwałą 5 7 (patrz fig. 1 i 3) której długość odpowiada wysokości dopływu 30,42 (patrz fig. 1). Przynajmniej pewna część cząstek porywanych przez strumień gazu dopływowego wchodzącego do komory wirowej 12 następnie uderza w tę powierzchnię ogniotrwałą 57 materiału ogniotrwałego na ścianie 36.

Cząstki porwane przez gaz wchodzący do separatora 11 mają skłonność przepływania po torze bardziej prostoliniowym, niż gaz. Na przykład, kiedy gaz wpływa do komory wirowej 12 i zmienia kierunek swojego ruchu w celu utworzenia wiru, niektóre z cząstek kontynuują wędrówkę po torze w zasadzie prostym uderzając ostatecznie o przeciwległą ścianę 36. W wyniku opóźnienia przy zmianie kierunku ruchu tych cząstek, obszary krawędziowe komory wirowej 12 podlegają ścieraniu i korzystne jest, jeżeli są zabezpieczone grubszą warstwą materiału ogniotrwałego lub materiałem ogniotrwałym bardziej odpornym, jak to widać na fig. 1 i 3.

Figura 5 ukazuje odmianę wykonania, w której jest kształtowany przepływ wielowirowy złożony z dwóch wirów. Obydwa wiry mająwłasne dopływy 30 w narożnikach komory. W pobliżu dopływów-30 są również zainstalowane elementy prowadzenia wirów z wkładami 33'.

Figura 6 ukazuje sposób zainstalowania rur chłodzących według niniejszego wynalazku. Ściana działowa 632 jest ukształtowana z rur 610, obłożonych materiałem ogniotrwałym, połączonych ze sobą żebrami 612 z utworzeniem w zasadzie gazoszczelnej konstrukcji ściany. W miejscu otworu dopływowego 30, rury 610' są odgięte na zewnątrz, tak że odstająod ściany 32 w głąb komory wirowej i stanowią część elementu prowadzącego 33 dla utworzenia ściany 40, kształtuj ącej strumień. W tej odmianie wykonania odgięte na zewnątrz rury 610 znajdująsię blisko pierwszej powierzchni elementu prowadzącego 33. Rury 610 i 610 sąobłożone materiałem ogniotrwałym, który tworzy wkładkę ogniotrwałą33', zaopatrzonąw powierzchnię prowadzącą47.

Figura 7 przedstawia inny sposób zainstalowania rur chłodzących według niniejszego wynalazku. Ściana działowa 732 ukształtowana jest również z rur 710 obłożonych materiałem ogniotrwałym, połączonych ze sobą żebrami 712 z utworzeniem w zasadzie gazoszczelnej konstrukcji ściany. W miejscu otworu dopływowego 30 rury 710' są odgięte na zewnątrz, tak że odstająod ściany 32 w głąb komory wirowej, stanowiąc część elementu prowadzącego 33 i mają powierzchnię prowadzącą47 utworzonąprzez obłożenie materiałem ogniotrwałym elementu 33. W tej odmianie wykonania odgięte na zewnątrz rury 710 są rozmieszczone w zasadzie równomiernie wewnątrz elementu prowadzącego 33.

Rury 610, 61(7, 610, 710, 710⁷ i 710, przedstawione na fig. 5 i 6, zapewniają krążenie płynu chłodzącego (na przykład wody lub pary) dla chłodzenia powierzchni 47 zmieniającej kierunek przepływu gazu.

W patencie USA nr 5 281 398 przedstawiono inne konfiguracje separatora 11, które z łatwością można zmodyfikować w celu włączenia do niniejszego wynalazku.

W przykładowym sposobie wydzielania cząstek ze strumienia gazu niosącego te porwane cząstki, przy temperaturze powyżej 500°C (typowo około 900°C lub powyżej, przy pracy z obiegowym reaktorem fluidyzacyjnym), strumień gazu z porwanymi cząstkami jest wprowadzany w wysoki wąski pionowy dopływ 30 i do obszaru objętości 31 gazu w postaci strumienia, w kierunku, oznaczonym odnośnikiem 65 na fig. 4, wiru gazu powstałego w obszarze objętości 31 gazu wokół osi pionowej, wskazanego ogólnie strzałkami 66 na fig. 4. Strumień i wir przecinają się w pewnym punkcie przecięcia oznaczonym schematycznie odnośnikiem liczbowym 67 na fig. 4. Czysty gaz zostaje usunięty na górze wiru gazowego 66 przez przewód odpływy 54, natomiast wydzielone cząstki sąusuwane u dołu wiru gazowego 66, co oznaczono odnośnikiem liczbowym 44 na fig, 1. Powierzchnia 47 łagodnie zmienia kierunek wszelkich cząstek wydzielanych z gazu w wirze 66 w sąsiedztwie pierwszej ściany 32, od kierunku w zasadzie wzdłuż pierwszej ściany 32 na kierunek w zasadzie zgodny z kierunkiem strumienia 65, co pokazano strzałką 68 na fig. 4. Kombinacja ściany 40 kształtującej strumień wchodzącej w głąb obszaru objętości 31 i łagodna zmiana kierunku przepływu gazu zapewniana przez powierzchnię 47 minimalizują zakłócenia spowodowane strumieniem 65 wprowadzanym stycznie do obszaru objętości 31, a zatem maksymalizują działanie wzmacniające na wir 66 gazu. Ta konstrukcja zapobiega osiadaniu cząstek w sektorze 270°-315° względem punktu 67 przecięcia (ogólnej krzywizny wiru 66 gazu).

Można zatem zauważyć, że według niniejszego wynalazku proponuje się efektywny separator odśrodkowy oraz sposób odśrodkowego oddzielania cząstek, pozwalające na usunięcie wad związanych z zaburzeniami przy doprowadzaniu gazu do obszaru objętości o w zasadzie kwadratowym przekroju, ukształtowanego przez płaskie ściany takie, jak opisane w patencie USA nr 5 281 398.

181 176

F/g. 6

Fig. 7

181 176

Fig. 5

181 176

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób oddzielania cząstek od strumienia gazu w zespole separatora odśrodkowego, do którego wprowadza się gaz w postaci strumienia z porwanymi cząstkami przez dopływ gazu w pierwszej ścianie komory wirowej do obszaru objętości gazu, przy temperaturze powyżej 500°C, w kierunku stycznym do osi pionowej obracającego się wiru gazowego utworzonego w objętości gazu, przy czym strumień i wir przecinają się w pewnym punkcie przecięcia, usuwa się oczyszczony gaz ze szczytu wiru gazu przez odpływ gazu, usuwa się wydzielone cząstki u dołu wiru gazowego przez odparowanie, znamienny tym, że łagodnie zmienia się, za pomocąwkładki (333 ^zzakrzywioną powierzchnią, kierunek przepływu wszelkich cząstek wydzielonych z wiru w pobliżu pierwszej ściany (32), od kierunku przepływu w zasadzie wzdłuż pierwszej ściany do kierunku przepływu w zasadzie zgodnego z kierunkiem strumienia wlotowego.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że łagodnie zmienia się kierunek w zakresie kąta 270°-316° od punktu przecięcia.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wprowadza się gaz z zawieszonymi cząstkami przez przelot, którego wysokość jest przynajmniej dwukrotnie większa od szerokości.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do obszaru objętości (31) gazu wprowadza się strumień w pewnej odległości od pierwszej ściany (32), od 0,2 do 5 razy większej od szerokości (W) dopływu (30) gazu.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do obszaru objętości (31) gazu o przekroju w zasadzie kwadratowym wprowadza się strumień w pewnej odległości od pierwszej ściany (32), większej niż 50 mm lecz mniejszej niż 25% szerokości obszaru objętości (31) gazu.
6. Zespół separatora odśrodkowego, do oddzielania cząstek od strumienia gazu w skład którego wchodzi komora wirowa, ukształtowana z grupy w zasadzie płaskich ścian, włącznie ze ścianą pierwszą przy czym komora wirowa zawiera pewien obszar objętości gazu, o przekroju wielokątnym, przynajmniej jeden dopływ gazu ukształtowany w pierwszej ścianie, gdzie dopływ gazu jest zaopatrzony w przynajmniej jedną podłużną ścianę kształtującą strumień, której swobodna część końcowa wchodzi w głąb objętości gazu na pierwszą odległość od pierwszej ściany, przynajmniej jeden odpływ gazu oczyszczonego, odchodzący od komory wirowej i połączony z obszarem objętości gazu oraz przynajmniej jedno odprowadzenie oddzielonych cząstek z objętości gazu, znamiennny tym, że komora wirowa (12) zawiera element prowadzący (33), zaopatrzony we wkładkę (333, posiadającą zakrzywioną powierzchnię (47) od strony obszaru objętości gazu i rozmieszczoną między swobodną częściąkońcową (41) ściany (40) kształtującej strumień, a pierwszą ścianą (32).
7. Zespół według zastrz. 6, znamienny ty m, że wkładkę (333 stanowi wkładka wykonana z materiału ogniotrwałego.
8. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że przekrój obszaru objętości (31) gazu w komorze wirowej (12) jest w zasadzie kwadratowy.
9. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że grupa w zasadzie płaskich ścian (32, 34, 36,38) zawiera drugąścianę (34), w zasadzie prostopadłą do pierwszej ściany (32) i przecinającą się z nią przy czym przynajmniej jedna ściana (40) kształtująca strumień stanowi w zasadzie równoległą do drugiej ściany (34) pojedynczą ścianę kształtującą strumień, znajdującą się w odległości (W) od drugiej ściany, wyznaczającej szerokość dopływu (30) gazu, przy czym dopływ gazu ma wysokość (H), która jest większa od dwóch odległości (W).
10. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że grupa w zasadzie płaskich ścian (32,34, 36,38) zawiera drugąścianę (34), w zasadzie prostopadłą do pierwszej ściany (32) i przecinającą

181 176 się z nią przy czym przynajmniej jedna ściana (40) stanowi w zasadzie równoległą do drugiej ściany pojedynczą ścianę kształtującą strumień, znajdującą się w pewnej odległości od drugiej ściany, a druga ściana (34) ma długość wewnętrzną (D) wewnątrz obszaru objętości (31) gazu, przy czym pierwsza odległość wynosi przynajmniej 50 mm, lecz mniej, niż 25% długości wewnętrznej (D).
11. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że powierzchnia (47) zmieniająca kierunek przepływu gazu jest w zasadzie płaska.
12. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że powierzchnia (47) zmieniająca kierunek przepływu gazu jest zakrzywiona.
13. Zespół według zastrz. 6, znamienny ty m, że wkładka (33^ zawiera zespół rur (710) zapewniających krążenie płynu chłodzącego powierzchnię (47) zmieniającą kierunek przepływu gazu.
14. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że kształtująca strumień ściana (40) i części pierwszej ściany (32) w sąsiedztwie wkładki (33⁷) zawierają zespół rur (610, 710) zapewniających krążenie płynu chłodzącego wkładkę.
15. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że zespół w zasadzie płaskich ścian (32,34, 36, 38) zawiera ściany, przynajmniej drugą i trzecią (34, 38) połączone z pierwszą ścianą (32), przy czym przynajmniej jedna ściana (40) kształtująca strumień składa się z dwóch ścian kształtujących strumień rozsuniętych na odległość (W), zaś dopływ gazu ma wysokość (H), która j est większa od 2 szerokości (W), a ściany kształtujące strumień, z których każda ma swobodną część końcową (41), która wchodzi w obszar objętości (31) gazu na pierwszą odległość i jest zaopatrzona we wkładkę (33⁷) z zakrzywioną powierzchnią (47), są rozmieszczone w odcinku centralnym pierwszej ściany (32), odległym od ścian, drugiej i trzeciej (34, 38).
16. Zespół według zastrz. 15 znamienny tym, że każda ze ścian (40) kształtujących strumień tworzy kąt (a) względem zakrzywionej powierzchni (47) odpowiedniej wkładki, przy czym kąt (cc) zawiera się w zakresie około 20°-80°.
17. Zespół według zastrz. 16, znamienny tym, że kąt (a) zawiera się w zakresie około 40°-60°.
18. Zespół według zastrz. 16, znamienny tym, że każda z wkładek (33⁷) stanowi w zasadzie stałą wkładkę z materiału ogniotrwałego.
19. Zespół według zastrz. 15, znamienny tym, że pierwsza odległość wynosi od 0,2 do 5 szerokości (W).
20. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że zespół w zasadzie płaskich ścian (32,34, 36, 38) zawiera ściany, przynajmniej drugą i trzecią (34, 38) połączone z pierwszą ścianą (32) przechodzącą prostopadle do nich, przy czym przynajmniej jedna ściana (40) kształtująca strumień składa się ze ścian, przynajmniej pierwszej i drugiej, ograniczających dwa dopływy (30) gazu, a pierwsza ściana kształtująca strumień jest umieszczona w sąsiedztwie drugiej ściany (34) i w zasadzie równolegle do niej, lecz w pewnej od niej odległości, zaś druga ściana kształtująca strumień jest umieszczona w sąsiedztwie trzeciej ściany (38), lecz w pewnej odległości i w zasadzie równolegle do niej, przy czym każda ze ścian kształtujących strumień i pierwsza ściana (32) są zaopatrzone w element prowadzący (33) i/lub wkładkę (33⁷).
21. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że wszystkie ściany zespołu płaskich ścian (32,34,36,38) sązaopatrzone w powierzchnie wewnętrzne pokryte materiałem ogniotrwałym.
22. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że w skład zespołu w zasadzie płaskich ścian (32, 34, 36, 38) wchodzi czwarta ściana (36), przeciwległa do dopływu (30) gazu w pierwszej ścianie (32), przy czym ta czwarta ściana (36), przeciwległa do dopływu (30) gazu, ma powierzchnię ogniotrwałą (57), znajdującą się naprzeciwko dopływu gazu, o podwyższonej odporności na ścieranie.
23. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że separator (11) jest połączony w kombinację z obiegowym reaktorem fluidyzacyjnym zaopatrzonym w komorę reakcyjną(lO), z fluidyzowanym złożem w dolnej części komory reakcyjnej i częścią wylotową gazu w górnej części komory reakcyjnej, połączoną z dopływem (30) gazu separatora odśrodkowego, przy czym dopływ (30) gazu biegnie w zasadzie pionowo, a odpływy (50,52,54,56 gazu separatora odśrodkowego wy stają w górę poza obszar objętości (31) gazu, a reaktor jest dodatkowo zaopatrzony w kanał powrotny (14), między dolną częścią separatora (11) a dolną częścią komory reakcyjnej.