PL248894B1 - Termoseparator cyklonowy - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest termoseparator cyklonowy zawierający cylindryczną górną pokrywę połączoną rozłącznie z cylindrycznym łącznikiem, który z kolei połączony jest rozłącznie z zasadniczą częścią cylindryczną połączoną rozłącznie z częścią stożkową, która w swej górnej i dolnej części stanowi cylinder, przy czym w ścianie bocznej cylindrycznej górnej pokrywy umieszczony jest króciec wlotowy, zaś w jej górnej ścianie, usytuowany jest centralnie króciec wylotowy zaopatrzony w wymienną dyszę, natomiast dolna część cylindryczna części stożkowej jest połączona rozłącznie z wymienną dyszą wylewową, charakteryzuje się tym, że zewnętrzna powierzchnia zasadniczej części cylindrycznej (9) zaopatrzona jest w element odbierający ciepło, a wewnątrz separatora umieszczona jest wężownica (8) połączona z króćcem wlotowym czynnika chłodzącego (6) wężownicy (8) z jednego końca uzwojenia, a króćcem wylotowym czynnika chłodzącego (7) wężownicy (8) z drugiego końca uzwojenia. Przy czym otwór wlotów króćca wlotowego czynnika chłodzącego (6) wężownicy (8) oraz otwór wylotowy króćca wylotowego czynnika chłodzącego (7) wężownicy (8) znajdują się na zewnątrz separatora, a średnica zwoju wężownicy (8) odpowiada średnicy króćca wylotowego (3).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest termoseparator cyklonowy wykorzystujący siłę odśrodkową do rozdziału układów gaz-ciało stałe, z dodatkową funkcją ich chłodzenia, mogący znaleźć zastosowanie w energetyce, górnictwie i w przemyśle chemicznym.

Często odpylane gazy doprowadzane są do klasycznych separatorów cyklonowych w wysokiej temperaturze, znacznie przewyższającej temperaturę otoczenia. Ma to miejsce między innymi w odniesieniu do kotłów fluidyzacyjnych, gdzie temperatura spalania waha się w przedziale 750 do 950°C, reaktorów do kalcynacji AI2O3 lub w procesie prażenia siarczków metali. Stąd też pojawiają się urządzenia łączące funkcję rozdziału z jednoczesną wymianą ciepła.

Z opisu patentowego nr US5393315 znane jest urządzenie przewidziane do współpracy z reaktorem lub kotłem fluidyzacyjnym lub innym urządzeniem generującym gorące, zapylone gazy. Zawiera ono cylindryczną komorę zewnętrzną, cylindryczny kanał wewnętrzny utworzony przez pionowo usytuowane rury z czynnikiem chłodzącym, w górnej części nieprzepuszczalny dla zapylonego gazu. Rury połączone są z kołowymi kolektorami wlotu i wylotu czynnika chłodzącego. Cząstki stałe pod wpływem siły odśrodkowej uderzają o ścianę cylindrycznej komory zewnętrznej i opadają do usytuowanej w dole aparatu pierścieniowej komory, w której zostają wprowadzone w stan fluidalny powietrzem dostarczanym przez dysze z niżej położonej komory pierścieniowej. W ścianie pierścieniowej komory ze złożem fluidalnym znajduje się otwór, przez który cząstki stałe dostają się do zewnętrznej komory pierścieniowej, w której również są wprowadzane w stan fluidalny, a następnie powracają przez kanał wylotowy do aparatu, z którego zostały wywiane. Kanał wylotowy zaopatrzony jest w dodatkowy pęk rurek, którymi przepływa czynnik chłodzący w postaci wody, pary lub mieszaniny wody i pary. Z kolei oczyszczony z cząstek stałych gaz przenika sukcesywnie przez szczeliny między rurami do wnętrza kanału wewnętrznego i opuszcza aparat przez otwór w górnej jego części.

Z opisu US4904286 znany jest separator cyklonowy, cylindryczno-stożkowy z chłodzeniem wodno-parowym przewidziany do współpracy z urządzeniami generującymi zapylone gazy (reaktory, kotły fluidyzacyjne i tym podobne). Zewnętrzny cylinder separatora jest uformowany przez wiele pionowych rur rozmieszczonych w jednakowych odstępach. W górnej części rury wygięte są w kształcie litery C tworząc sklepienie chroniące przed niekontrolowaną ucieczką gazów. Rurki połączone są żeberkami. Od strony wewnętrznej rurki otacza warstwa materiału żaroodpornego a z zewnątrz warstwą materiału zapobiegającego erozji, usztywnionej opaskami z lekkiego materiału, np. z aluminium. W miejscu stycznego wlotu zapylonych gazów rurki są wygięte i przyjmują kształt kanału wlotowego. Rurki zewnętrznego cylindra są połączone z kołowymi kolektorami wlotu i wylotu czynnika chłodniczego. Współosiowo w stosunku do cylindra zewnętrznego usytuowana jest rura wylotowa oczyszczonego gazu wykonana zestali nierdzewnej. Rozdział cząstek stałych od gazu następuje w przestrzeni pierścieniowej. Cząstki stałe pod wpływem siły odśrodkowej uderzają o ścianę cylindra zewnętrznego i opadają w dół do stożkowej części aparatu, skąd są zawracane do aparatu generującego zapylony gaz. Ochłodzony gaz odpylony i ochłodzony również może być zawracany do instalacji.

Z kolei z opisu patentowego US4732113 znane jest rozwiązanie, o prostokątnym przekroju poprzecznym, składające się z dwóch części zamkniętych w jednej obudowie. Dolną część stanowi kocioł fluidyzacyjny, a górną separator cyklonowy z funkcją chłodzenia gazów wylotowych. Górna część cyklonowa jest wyoblona w kształcie półcylindra. Zewnętrzne ściany urządzenia pokryte są pionowo usytuowanymi rurami w których cyrkuluje czynnik chłodzący. Wewnętrzna część aparatu podzielona jest na dwie strefy ścianą uformowaną przez pęk równoległych rur z czynnikiem chłodzącym. W części kotłowej rury te usytuowane są pionowo, bardzo blisko jednej ze ścian zewnętrznych tworząc kanał którym oddzielone cząstki stałe w części cyklonowej, opadają na powrót do złoża fluidalnego. W górnej części, rury są odchylone w kierunku przeciwległej ściany, by w części wyoblonej utworzyć kanał dla stycznego wlotu spalin z cząstkami stałymi do komory cyklonowej utworzonej między zakrzywioną ścianą zewnętrzną a wyprofilowaną w tej części wewnętrzną, rurową ścianą działową. W centrum komory cyklonowej, poziomo usytuowane, równoległe rury z czynnikiem chłodzącym tworzą kanał wylotowy, o przekroju kołowym dla odpylonych spalin. W przypadku wykorzystania rurek o przekroju kołowym, każda z nich posiada jedno żeberko usytuowane stycznie do kierunku ruchu gazów, w celu uzyskania szczelin o pożądanej szerokości. Część kanału wylotowego może też posiadać żeberka całkowicie zamykające prześwit między rurkami. Można też stosować rurki o przekroju poprzecznym w kształcie kropli odpowiednio ustawione do kierunku przepływu gazu. Oddzielenie cząstek stałych od gazu następuje pod działaniem siły odśrodkowej i siły bezwładności.

Natomiast z opisu US4615715 znany jest separator cyklonowy przeznaczony do usuwania, z gorących spalin, stałych produktów spalania oraz najdrobniejszych cząstek złoża fluidalnego opuszczających reaktor fluidyzacyjny. Separator ma prostokątny przekrój poprzeczny. Ściany zewnętrzne są utworzone przez równoległe, pionowo usytuowane rury przez które przepływa czynnik chłodzący. Rury połączone są żeberkami zapewniającymi szczelność gazową. Z zewnątrz mogą być pokryte izolacją o nieznacznej grubości. Wewnątrz zainstalowane są dwie rury: zewnętrzna wykonana z materiału odpornego na ścieranie i wewnętrzna wykonana ze stali nierdzewnej i pokryta z zewnątrz węglikiem krzemu. Między rurą zewnętrzną a ścianami zewnętrznymi znajduje się lekkie wypełnienie dowolnego typu. Zapylony gaz doprowadzany jest kanałem stycznym do przestrzeni między zewnętrzną i wewnętrzną rurą i w trakcie wirowania cząstki stałe kierują się do ściany rury zewnętrznej a następnie opadają do stożkowego odbieralnika. Oczyszczony gaz rurą wewnętrzną dostaje się do górnej części aparatu uformowanej przez odpowiednio wygięte rury z czynnikiem chłodzącym jednej ze ścian zewnętrznych a następnie kanałem wylotowym opuszcza separator.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji termoseparatora cyklonowego, która pozwoli na zrealizowanie w jednym aparacie dwóch procesów: rozdziału cząstek ciała stałego od gazu oraz wymianę ciepła tj. ochłodzenie gazu co obniży jego lepkości, pozwalając na zatrzymanie w termoseparatorze cyklonowym cząstek stałych o mniejszej średnicy niż w przypadku gazu o wysokiej temperaturze. Zatem ochłodzenie gazu, a tym samym obniżenie wartości współczynnika lepkości dynamicznej, w celu obniżenia średnicy granicznej cząstek stałych odpylanych całkowicie, w efekcie polepszy sprawność rozdziału tego urządzenia.

Celem wynalazku jest również wydłużenie żywotności elementów konstrukcyjnych termoseparatora cyklonowego.

Termoseparator cyklonowy według wynalazku zawierający cylindryczną górną pokrywę połączoną rozłącznie z cylindrycznym łącznikiem, który z kolei połączony jest rozłącznie z zasadniczą częścią cylindryczną połączoną rozłącznie z częścią stożkową, która w swej górnej i dolnej części stanowi cylinder, przy czym w ścianie bocznej cylindrycznej górnej pokrywy umieszczony jest króciec wlotowy, zaś w jej górnej ścianie, usytuowany jest centralnie króciec wylotowy zaopatrzony w wymienną dyszę, natomiast dolna część cylindryczna części stożkowej jest połączona rozłącznie z wymienną dyszą wylewową, charakteryzuje się tym, że zewnętrzna powierzchnia zasadniczej części cylindrycznej zaopatrzona jest w element odbierający ciepło, a wewnątrz separatora umieszczona jest wężownica połączona z króćcem wlotowym czynnika chłodzącego wężownicy z jednego końca uzwojenia, a króćcem wylotowym czynnika chłodzącego wężownicy z drugiego końca uzwojenia, przy czym otwór wlotowy króćca wlotowego czynnika chłodzącego wężownicy oraz otwór wylotowy króćca wylotowego czynnika chłodzącego wężownicy znajdują się na zewnątrz separatora, a średnica zwoju wężownicy odpowiada średnicy króćca wylotowego.

Korzystnie, gdy element odprowadzający ciepło stanowi płaszcz z króćcami wlotu czynnika chłodzącego płaszcza i króćcami wylotu czynnika chłodzącego płaszcza. Ponadto, korzystnie, gdy element odprowadzający ciepło stanowi wężownica zewnętrzna.

Również korzystnie, gdy element odprowadzający ciepło stanowią przyspawane do zewnętrznej powierzchni zasadniczej części cylindrycznej profile o przekroju poprzecznym półkolistym lub trójkątnym lub prostokątnym.

Korzystnie, gdy króciec wlotu czynnika do wężownicy jest połączony pionową rurką z najniższym zwojem wężownicy.

Również korzystnie, gdy zwoje wężownicy ściśle do siebie przylegają.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest obniżenie temperatury gazu poddawanego separacji, co wpływa dodatnio na sprawność odpylania, z powodu obniżenie współczynnika lepkości chłodzonego gazu i jednocześnie wydłuża żywotność elementów konstrukcyjnych separatora. Ochłodzenie gorących gazów w termoseparatorze cyklonowym pozwala na uproszczenie jego konstrukcji z punktu widzenia doboru materiałów, z których termoseparator cyklonowy jest wykonany, a to z uwagi na zmniejszenie strat ciepła, nakładów na izolację ogniotrwałą i wyeliminowanie drogich wykładzin przewodów rurowych.

Ponadto zaletą wynalazku jest prostota oraz łatwość montażu i demontażu termoseparatora cyklonowego.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia termoseparator cyklonowy w przekroju wzdłużnym w pierwszym przykładzie wykonania, zaś Fig. 2 przedstawia termoseparator cyklonowy w przekroju wzdłużnym w drugim przykładzie wykonania.

Termoseparator cyklonowy w pierwszym przykładzie wykonania składa się z cylindrycznej górnej pokrywy 1, do której bocznej ściany przyspawany jest króciec wlotowy 2 zapylonego gazu wymuszający styczny do obudowy wlot zapylonego gorącego gazu dzięki czemu pył wirując wraz z gazem odrzucany jest pod działaniem siły odśrodkowej w kierunku ścianek obudowy. Z kolei do górnej ściany cylindrycznej górnej pokrywy 1 przyspawany jest króciec wylotowy 3 odpylonego i ochłodzonego gazu, do którego wkręcona jest dysza 4 o pożądanej średnicy otworu. Cylindryczna górna pokrywa 1 połączona jest z cylindrycznym łącznikiem 5 połączeniem gwintowym. Króciec wlotowy czynnika chłodzącego 6 i króciec wylotowy czynnika chłodzącego 7 połączone są z wężownicą 8 o średnicy zwoju zbliżonej do średnicy króćca wylotowego 3. Cylindryczny łącznik 5 przykręcony jest z kolei połączeniem gwintowym do zasadniczej części cylindrycznej 9, zaopatrzonej z zewnątrz w płaszcz chłodzący 10 z pierwszym króćcem wlotu lub wylotu czynnika chłodzącego płaszcza 11 i drugim króćcem wlotu lub wylotu czynnika chłodzącego płaszcza 12. Natomiast górne zakończenie części stożkowej 13 jest nagwintowane od wewnątrz i skręcone z zasadniczą częścią cylindryczną 9. Z kolei dolne, nagwintowane zakończenie cylindryczne części stożkowej 13 skręcone jest z wymienną dyszą wylewową 14.

Termoseparator cyklonowy w drugim przykładzie wykonania składa się z cylindrycznej górnej pokrywy 1, do której bocznej ściany przy spawany jest króciec wlotowy 2 zapylonego gazu wymuszający styczny do obudowy wlot zapylonego gorącego gazu dzięki czemu pył wirując wraz z gazem odrzucany jest pod działaniem siły odśrodkowej w kierunku ścianek obudowy. Z kolei do górnej ściany cylindrycznej górnej pokrywy 1 przyspawany jest króciec wylotowy 3 odpylonego i ochłodzonego gazu, do którego wkręcona jest dysza 4 o pożądanej średnicy otworu. Cylindryczna górna pokrywa 1 połączona jest z cylindrycznym łącznikiem 5 połączeniem kołnierzowym. Króciec wlotowy czynnika chłodzącego 6 jest połączony pionową rurką 15 z najniższym zwojem wężownicy 6, która połączona jest z drugiego końca z króćcem wylotowym czynnika chłodzącego 7. Średnica zwoju wężownicy 8 jest zbliżona do średnicy króćca wylotowego 3. Cylindryczny łącznik 5 połączony jest kołnierzowo z zasadniczą częścią cylindryczną 9, zaopatrzoną z zewnątrz w płaszcz chłodzący 10 z pierwszym króćcem wlotu lub wylotu czynnika chłodzącego płaszcza 11 i drugim króćcem wlotu lub wylotu czynnika chłodzącego płaszcza 12. Natomiast górne zakończenie części stożkowej 13 jest połączone kołnierzowo z zasadniczą częścią cylindryczną 9. Z kolei dolne, nagwintowane zakończenie cylindryczne części stożkowej 13 skręcone jest z wymienną dyszą wylewową 14.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Termoseparator cyklonowy zawierający cylindryczną górną pokrywę połączoną rozłącznie z cylindrycznym łącznikiem, który z kolei połączony jest rozłącznie z zasadniczą częścią cylindryczną połączoną rozłącznie z częścią stożkową, która w swej górnej i dolnej części stanowi cylinder, przy czym w ścianie bocznej cylindrycznej górnej pokrywy umieszczony jest króciec wlotowy, zaś w jej górnej ścianie, usytuowany jest centralnie króciec wylotowy zaopatrzony w wymienną dyszę, natomiast dolna część cylindryczna części stożkowej jest połączona rozłącznie z wymienną dyszą wylewową, znamienny tym, że zewnętrzna powierzchnia zasadniczej części cylindrycznej (9) zaopatrzona jest w element odbierający ciepło, a wewnątrz separatora umieszczona jest wężownica (8) połączona z króćcem wlotowym czynnika chłodzącego (6) wężownicy (8) z jednego końca uzwojenia, a króćcem wylotowym czynnika chłodzącego (7) wężownicy (8) z drugiego końca uzwojenia, przy czym otwór wlotowy króćca wlotowego czynnika chłodzącego (6) wężownicy (8) oraz otwór wylotowy króćca wylotowego czynnika chłodzącego (7) wężownicy (8) znajdują się na zewnątrz separatora, a średnica zwoju wężownicy (8) odpowiada średnicy króćca wylotowego (3).
2. 2. Termoseparator cyklonowy według zastrz. 1, znamienny tym, że króciec wlotu czynnika chłodzącego (6) wężownicy (8) jest połączony pionową rurką (15) z najniższym zwojem wężownicy (8).
3. 3. Termoseparator cyklonowy według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zwoje wężownicy (8) ściśle do siebie przylegają.
4. 4. Termoseparator cyklonowy według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienny tym, że element odprowadzający ciepło stanowi płaszcz chłodzący (10) z pierwszym króćcem wlotu lub wylotu czynnika chłodzącego płaszcza (11) i drugim króćcem wlotu lub wylotu czynnika chłodzącego płaszcza (12).

   PL 248894 Β1
5. 5. Termoseparator cyklonowy według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienny tym, że element odprowadzający ciepło stanowi wężownica zewnętrzna.
6. 6. Termoseparator cyklonowy według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienny tym, że element odprowadzający ciepło stanowią przyspawane do zewnętrznej powierzchni zasadniczej części cylindrycznej profile o przekroju poprzecznym półkolistym lub trójkątnym lub prostokątnym.