PL248927B1 - Termoseparator cyklonowy - Google Patents

Abstract

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 część cylindryczno-stożkowa (2), co najmniej częściowo jest osadzona w przewodzie (12) transportującym czynnik chłodzący, a wewnątrz separatora umieszczona jest wężownica (3) połączona z króćcem wlotowym czynnika chłodzącego wężownicy (10) z jednego końca uzwojenia, a króćcem wylotowym czynnika chłodzącego wężownicy (7) z drugiego końca uzwojenia. Przy czym otwór wlotowy króćca wlotowego czynnika chłodzącego wężownicy (10) oraz otwór wylotowy króćca wylotowego czynnika chłodzącego wężownicy (7) znajdują się na zewnątrz separatora. Ponadto wężownica (3) uformowana jest w kształcie stożka, zwężającego się ku wymiennej dyszy (1), zaś króciec wlotu czynnika do wężownicy (10) jest połączony pionową rurką (11) z najniższym zwojem wężownicy (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 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 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 pół cylindra. 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 centralnie króciec wylotowy zaopatrzony w wymienną dyszę, zaś dolna część cylindryczna części stożkowej jest połączona rozłącznie z wymienną dyszą wylewową, charakteryzuje się tym, że część cylindrycznostożkowa, co najmniej częściowo jest osadzona w przewodzie transportującym czynnik chłodzący, 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 czynnika 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 przykładach wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia termoseparator cyklonowy w przekroju wzdłużnym, zaś Fig. 2 przedstawia widok termoseparatora cyklonowego w płaszczyźnie równoległej do osi symetrii.

Termoseparator cyklonowy w przykładzie wykonania składa się z cylindrycznej głowicy 6 połączonej połączeniem kołnierzowym 4 z częścią cylindryczno-stożkową 2. W ścianie bocznej głowicy 6 umieszczony jest króciec wlotowy 5, zaś w jej górnej ścianie, usytuowany jest centralnie króciec wylotowy 8 zaopatrzony w wymienną dyszę 9. Dolna część cylindryczna części cylindryczno-stożkowej 2 jest połączona połączeniem gwintowanym z wymienną dyszą wylewową 1. Część cylindryczno-stożkowa 2 osadzona jest w przewodzie 12 transportującym powietrze, poprzecznie do wzdłużnej osi przewodu 12. Wewnątrz separatora umieszczona jest wężownica 3 połączona z króćcem wlotowym czynnika chłodzącego wężownicy 10 z jednego końca uzwojenia, a króćcem wylotowym czynnika chłodzącego wężownicy 7 z drugiego końca uzwojenia. Otwór wlotowy króćca wlotowego czynnika chłodzącego wężownicy 10 oraz otwór wylotowy króćca wylotowego czynnika chłodzącego wężownicy 7 znajdują się na zewnątrz separatora. Ponadto wężownica 3 uformowana jest w kształcie stożka, zwężającego się ku wymiennej dyszy 1. Króciec wlotu czynnika do wężownicy 10 jest połączony pionową rurką 11 z najniższym zwojem wężownicy 3.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

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 centralnie króciec wylotowy zaopatrzony w wymienną dyszę, natomiast dolna część cylindryczna części stożkowej jest połączona rozłącznie z wymienną dyszą wylewową, znamienny tym, że część cylindryczno-stożkowa (2), co najmniej częściowo jest osadzona w przewodzie (12) transportującym czynnik chłodzący, a wewnątrz separatora umieszczona jest wężownica (3) połączona z króćcem wlotowym czynnika chłodzącego wężownicy (10) z jednego końca uzwojenia, a króćcem wylotowym czynnika chłodzącego wężownicy (7) z drugiego końca uzwojenia, przy czym otwór wlotowy króćca wlotowego czynnika chłodzącego wężownicy (10) oraz otwór wylotowy króćca wylotowego czynnika chłodzącego wężownicy (7) znajdują się na zewnątrz separatora, ponadto wężownica (3) uformowana jest w kształcie stożka, zwężającego się ku wymiennej dyszy (1), zaś króciec wlotu czynnika do wężownicy (10) jest połączony pionową rurką (11) z najniższym zwojem wężownicy (3).

2. Termoseparator cyklonowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zwoje wężownicy (3) ściśle do siebie przylegają.

3. Termoseparator cyklonowy według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że cylindryczna głowica (6) połączona jest z częścią cylindryczno-stożkową (2) połączeniem kołnierzowym (4).