PL248926B1 - Termoseparator cyklonowy - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest termoseparator cyklonowy zawierający cylindryczną głowicę połączoną rozłącznie z częścią cylindryczno-stożkową, która w swej dolnej części stanowi cylinder, przy czym w ścianie bocznej głowicy 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 części cylindryczno-stożkowej (2) zaopatrzona jest w płaszcz (4) z króćcem wlotu czynnika chłodzącego płaszcza (15) i króćcem wylotu czynnika chłodzącego płaszcza (14). Zewnętrzna powierzchnia części cylindryczno-stożkowej (2) zaopatrzona jest w spiralne ożebrowanie (3) o skoku równym odległości między ścianami płaszcza i obudowy części cylindryczno-stożkowej (2), a wewnątrz separatora umieszczona jest wężownica (5) połączona z króćcem wlotowym czynnika chłodzącego wężownicy (12) z jednego końca uzwojenia, a króćcem wylotowym czynnika chłodzącego wężownicy (9) z drugiego końca uzwojenia. Natomiast otwór wlotowy króćca wlotowego czynnika chłodzącego wężownicy (12) oraz otwór wylotowy króćca wylotowego czynnika chłodzącego wężownicy (9) znajdują się na zewnątrz separatora. Ponadto wężownica (5) uformowana jest w kształcie stożka, zwężającego się ku wymiennej dyszy (1), zaś króciec wlotu czynnika do wężownicy (12) jest połączony pionową rurką (13) z najniższym zwojem wężownicy (5).

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 separatoratorów 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 ze stali nierdzewnej. Rozdział cząstek stałych od gazu następuje w przestrzeni pierści eniowej. 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 głowicę połączoną rozłącznie z częścią cylindryczno-stożkową, która w swej dolnej części stanowi cylinder, przy czym w ścianie bocznej głowicy umieszczony jest króciec wlotowy, zaś w jej górnej ścianie, usytuowany jest współosiowo króciec wylotowy zaopatrzony w wymienną dyszę, zaś dolna część cylindryczna części stożkowej jest połączona rozłącznie z wymienną dyszą wylewową, charakteryzuje się tym, że zewnętrzna powierzchnia części cylindryczno-stożkowej zaopatrzona jest w płaszcz z króćcem wlotu czynnika chłodzącego płaszcza i króćcem wylotu czynnika chłodzącego płaszcza. Natomiast zewnętrzna powierzchnia części cylindryczno-stożkowej zaopatrzona jest w spiralne ożebrowanie o skoku równym odległości między ścianami płaszcza i obudowy części cylindryczno-stożkowej, 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. Ponadto wężownica uformowana jest w kształcie stożka, zwężającego się ku wymiennej dyszy, zaś króciec wlotu czynni ka do wężownicy jest połączony pionową rurką z najniższym zwojem wężownicy. Korzystnie, gdy zwoje wężownicy ściśle do siebie przylegają.

Korzystnie, gdy cylindryczna głowica połączona jest z częścią cylindryczno-stożkową połączeniem kołnierzowym.

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 przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono termoseparator cyklonowy w przekroju wzdłużnym.

Termoseparator cyklonowy w przykładzie wykonania składa się z cylindrycznej głowicy 8 połączonej połączeniem kołnierzowym 6 z częścią cylindryczno-stożkową 2. W ścianie bocznej głowicy 8 umieszczony jest króciec wlotowy 7 zapylonego gazu. Takie umiejscowienie otworu wlotowego 7 wymusza wirowo-spiralny przepływ zapylonego gazu wewnątrz separatora. Zaś w jej górnej ścianie głowicy 8, usytuowany jest centralnie króciec wylotowy 10 zaopatrzony w wymienną dyszę 11. Dolna część cylindryczna części cylindryczno-stożkowej 2 jest połączona połączeniem gwintowanym z wymienną dyszą wylewową 1. Natomiast zewnętrzna powierzchnia części cylindryczno-stożkowej 2 zaopatrzona jest w płaszcz 4 z króćcem wlotu czynnika chłodzącego płaszcza 15 i króćcem wylotu czynnika chłodzącego płaszcza 14. Przy czym zewnętrzna powierzchnia części cylindryczno-stożkowej 2 zaopatrzona jest w spiralne ożebrowanie 3 o skoku równym odległości między ścianami płaszcza i obudowy części cylindryczno-stożkowej 2. Wewnątrz separatora umieszczona jest wężownica 5 połączona z króćcem wlotowym czynnika chłodzącego wężownicy 12 z jednego końca uzwojenia, a króćcem wylotowym czynnika chłodzącego wężownicy 9 z drugiego końca uzwojenia. Otwór wlotowy króćca wlotowego czynnika chłodzącego wężownicy 12 oraz otwór wylotowy króćca wylotowego czynnika chłodzącego wężownicy 9 wyprowadzone na zewnątrz separatora poprzez górną powierzchnię głowicy 8. Ponadto wężownica 5 uformowana jest w kształcie stożka, zwężającego się ku wymiennej dyszy 1. Króciec wlotu czynnika do wężownicy 12 jest połączony pionową rurką 13 z najniższym zwojem wężownicy 5. Ruch wirowy czynnika chłodzącego wspomagany jest dzięki stycznemu doprowadzeniu czynnika wprowadzeniu spiralnego ożebrowania 3.

Claims (3)

1. Termoseparator cyklonowy zawierający cylindryczną głowicę połączoną rozłącznie z częścią cylindryczno-stożkową, która w swej dolnej części stanowi cylinder, przy czym w ścianie bocznej głowicy umieszczony jest króciec wlotowy, zaś w jej górnej ścianie, usytuowany jest współosiowo króciec wylotowy zaopatrzony w wymienną dyszę, natomiast dolna część cylindryczna części stożkowej jest połączona rozłącznie z wymienną dyszą wylewową, znamienny tym, że zewnętrzna powierzchnia części cylindryczno-stożkowej (2) zaopatrzona jest w płaszcz (4) z króćcem wlotu czynnika chłodzącego płaszcza (15) i króćcem wylotu czynnika chłodzącego płaszcza (14), przy czym zewnętrzna powierzchnia części cylindryczno-stożkowej (2) zaopatrzona jest w spiralne ożebrowanie (3) o skoku równym odległości między ścianami płaszcza i obudowy części cylindryczno-stożkowej (2), a wewnątrz separatora umieszczona jest wężownica (5) połączona z króćcem wlotowym czynnika chłodzącego wężownicy (12) z jednego końca uzwojenia, a króćcem wylotowym czynnika chłodzącego wężownicy (9) z drugiego końca uzwojenia, przy czym otwór wlotowy króćca wlotowego czynnika chłodzącego wężownicy (12) oraz otwór wylotowy króćca wylotowego czynnika chłodzącego wężownicy (9) znajdują się na zewnątrz separatora, ponadto wężownica (5) uformowana jest w kształcie stożka, zwężającego się ku wymiennej dyszy (1), zaś króciec wlotu czynnika do wężownicy (12) jest połączony pionową rurką (13) z najniższym zwojem wężownicy (5).

2. Termoseparator cyklonowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zwoje wężownicy (5) ściśle do siebie przylegają.

3. Termoseparator cyklonowy według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że cylindryczna głowica (8) połączona jest z częścią cylindryczno-stożkową (2) połączeniem kołnierzowym (6).