RU2112602C1

RU2112602C1 - Multiclone

Info

Publication number: RU2112602C1
Application number: RU96100387A
Authority: RU
Inventors: В.А. Резник; Н.Н. Прокофичев; Е.И. Александрович
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 1998-06-10

Abstract

FIELD: dust accumulation; boiler of industrial and public services power engineering for cleaning flue gases from ash. SUBSTANCE: multiclone includes housing with inlet, outlet and dust chambers and cyclone members with volute swirlers. Volute swirler of each cyclone member is multistart swirler. Pitch of mounting cyclone members on horizontal tube sheet between inlet and dust chambers is equal to at least 1.37 diameters of cylindrical part of cyclone member. Tube sheet between outlet and inlet chambers is made in form of pyramidal diffusers interconnected together; face of each diffuser is inclined from vertical through an angle of no less than 30 deg. Mounted on swirlers at the top are taper fairings at apex angle lesser than 60 deg. EFFECT: enhanced reliability of protection of flow section of multiclone against dust deposit; reduced hydraulic resistance at protracted continuous operation. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области пылеулавливания и предназначено для использования в котлах промышленной и коммунальной энергетики для очистки отходящих дымовых газов от золы. The invention relates to the field of dust collection and is intended for use in boilers of industrial and municipal energy for cleaning exhaust flue gases from ash.

Известны золоуловители котлов промэнергетики на твердом топливе (батарейные циклоны), содержащие общую входную, выходную и пылевую камеры и циклонные элементы, преимущественно с улиточным завихриванием запыленных дымовых газов (авт.св. N 411911, B 04 C 3/04, 1974). Known ash collectors of solid fuel industrial power boilers (battery cyclones) containing a common inlet, outlet and dust chambers and cyclone elements, mainly with snail swirling of dusty flue gases (ed. St. N 411911, B 04 C 3/04, 1974).

Недостатками известных батарейных циклонов является то, что отложение золы во входной и выходной камерах и занос проточной части батарейного циклона (БЦ) снижают в длительной эксплуатации степень очистки газа. На нижней трубной доске вокруг полуулитки и корпуса каждого циклонного элемента БЦ, кроме участка вблизи входа в полуулитку, и на верхней доске отлагается зола или пыль. The disadvantages of the known battery cyclones is that the deposition of ash in the inlet and outlet chambers and the drift of the flowing part of the battery cyclone (BC) reduce the degree of gas purification in long-term operation. On the lower tube board around the half-snail and the body of each cyclone BC element, except for the area near the entrance to the semi-snail, and ash or dust is deposited on the upper board.

Известны также батарейные циклоны, в которых для борьбы с отложением пыли применены наклонные и вертикальные трубные доски - "Тюбикс", "Пароклон" или отечественный БЦРН (см., например, Потапов О.И., Кропп Л.И. Батарейные циклоны - М.: Энергия, 1977, с. 152). Battery cyclones are also known in which inclined and vertical tube boards, such as Tubiks, Paroklon, or domestic BCRN, are used to combat dust deposition (see, for example, Potapov OI, Kropp LI Battery cyclones - M .: Energy, 1977, p. 152).

Недостатками известных батарейных циклонов является то, что от заноса проходного сечения снижается степень очистки и увеличивается расход энергии на преодоление гидравлического сопротивления батарейного циклона. При взвихривании отложений возможны хлопки и взрывы горючей пыли, тлеющей в осажденном слое. The disadvantages of the known battery cyclones is that from skidding the passage section, the degree of purification is reduced and the energy consumption for overcoming the hydraulic resistance of the battery cyclone is increased. When swirling deposits, pops and explosions of combustible dust smoldering in the deposited layer are possible.

Заявленное решение позволяет предотвратить отложение пыли в проточной части батарейного циклона с улиточным завихрителем запыленных газов, а также увеличить степень очистки газа и снизить гидравлическое сопротивление при длительной безостановочной эксплуатации. The claimed solution allows to prevent the deposition of dust in the flowing part of the battery cyclone with a snail swirl of dusty gases, as well as to increase the degree of gas purification and reduce hydraulic resistance during prolonged non-stop operation.

Предложен батарейный циклон, включающий корпус с входной, выходной и пылевой камерами и циклонные элементы с улиточным завихрителем, в котором улиточный завихритель каждого циклонного элемента выполнен многозаходным, состоящим из нескольких улиток (не менее четырех), распределенных равномерно по периметру верхней части цилиндроконического корпуса циклонного элемента таким образом, что их криволинейные вертикальные поверхности перекрывают одна другую в радиальном направлении более чем на четверть центрального угла, приходящегося в плане элемента на каждую улитку. Между криволинейными поверхностями улиток, их плоскими крышками и донышками образованы конфузорные каналы с уменьшением проходного сечения от входного сечения к выходному по крайней мере в 2 раза. A battery cyclone is proposed that includes a housing with an inlet, outlet and dust chambers and cyclone elements with a snail swirl, in which the snail swirl of each cyclone element is multi-start, consisting of several snails (at least four) distributed evenly around the perimeter of the upper part of the cylindrical cylinder body of the cyclone element so that their curved vertical surfaces overlap one another in the radial direction by more than a quarter of the central angle in Lana element on each snail. Between the curved surfaces of the snails, their flat covers and bottoms, confuser channels are formed with a decrease in the passage section from the inlet section to the outlet section by at least 2 times.

Сами циклонные элементы установлены вертикально в горизонтальной трубной доске, разделяющей входную и пылевую камеры с шагом менее 1,37 диаметра цилиндрической части корпуса, а трубная доска между выходной и входной камерами образована герметичным соединением пирамидальных диффузоров, грани каждого из которых, отклоняясь от вертикали на угол менее 30^o, переходят с сечения выхлопной трубы на сечение прямоугольной ячейки, приходящейся на циклонный элемент в плане.The cyclone elements themselves are mounted vertically in a horizontal tube plate separating the inlet and dust chambers with a pitch of less than 1.37 diameters of the cylindrical part of the housing, and the tube plate between the outlet and inlet chambers is formed by a hermetic connection of pyramidal diffusers, the faces of each of which, deviating from the vertical by an angle less than 30 ^o , go from the cross section of the exhaust pipe to the cross section of a rectangular cell attributable to the cyclone element in the plan.

При этом на завихрителях сверху установлены конические обтекатели с углом при вершине менее 60^o.At the same time, conical fairings with an angle at the apex of less than 60 ^{o are} installed on the swirls above.

Изобретение иллюстрируется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

Батарейный циклон включает входную камеру 1, отделенную от выходной камеры "чистого" газа 2 трубной доской 3, а от пылевой камеры 4 - трубной доской 5. Циклонные элементы 6 с цилиндроконическим корпусом и улиточным завихрителем 7 соединены со всеми тремя камерами 1, 2 и 4. В пределах входной камеры 1 размещен многозаходный завихритель 7, конфузорные каналы которого открыты широким входным сечением во входную камеру 1, а узким выходным сечением - в корпус циклонного элемента 6. С пылевой камерой 4 циклонные элементы соединены через конус 9 и пылеспускное отверстие 10. Выходная камера 2 соединена с циклонным элементом через выхлопную трубу 11 и пирамидальный диффузор 12, которым заканчивается переходной патрубок с сечения выхлопной трубы на прямоугольное сечение ячейки циклонного элемента в плане. Внешние панели входной камеры 1, выходной камеры 2, в том числе потолочная панель камеры 2 и пылевой камеры 4, в том числе стенки бункера улова, образуют корпус 13 батарейного циклона. The battery cyclone includes an inlet chamber 1, separated from the outlet of the “clean” gas 2 by a tube plate 3, and from a dust chamber 4 by a tube plate 5. The cyclone elements 6 with a cylinder-conical body and a snail swirl 7 are connected to all three chambers 1, 2 and 4 A multi-swirl swirl 7 is placed within the inlet chamber 1, the confuser channels of which are open by a wide inlet section into the inlet chamber 1, and a narrow outlet section into the cyclone element housing 6. The cyclone elements are connected to the dust chamber 4 through a cone 9 and a dust release th opening 10. Exit chamber 2 is connected to the cyclone unit through an exhaust pipe 11 and the pyramidal cone 12, which ends with a transition pipe section of the exhaust pipe on the rectangular cell cyclone unit in plan. The outer panels of the inlet chamber 1, the outlet chamber 2, including the ceiling panel of the chamber 2 and the dust chamber 4, including the walls of the catch hopper, form the battery cyclone body 13.

На чертеже показаны также основные размеры, от которых зависит отсутствие отложения пыли при эксплуатации батарейного циклона:
расстояние между осями циклонных элементов S₁ < 1,37 D;
угол α < 30^° , на который грани пирамидальных диффузоров отклоняются от вертикали;
центральный угол γ между двумя радиусами, проведенными к смежным краям криволинейных поверхностей соседних улиток 360^o/(4n), где n - число улиток многозаходного завихрителя (на центральный угол γ криволинейные поверхности двух соседних улиток перекрывают друг друга). Конический обтекатель 8 установлен на плоской крышке улиточного завихрителя 7 вокруг выхлопной трубы 11. Достижение цели изобретения обеспечивается, если угол β < 30^° , что соответствует углу при вершине неусеченного конуса 2β < 60^°.
Батарейный циклон работает следующим образом.The drawing also shows the main dimensions, on which the absence of dust deposition during operation of the battery cyclone depends:
the distance between the axes of the cyclone elements S ₁ <1.37 D;
angle α <30 ^° , at which the faces of the pyramidal diffusers deviate from the vertical;
the central angle γ between two radii drawn to the adjacent edges of the curved surfaces of neighboring snails 360 ^o / (4n), where n is the number of snails of the multi-swirl swirl (the central angle γ of the curved surfaces of two adjacent snails overlap). The conical fairing 8 is mounted on a flat cover of the snail swirl 7 around the exhaust pipe 11. Achieving the objective of the invention is provided if the angle β <30 ^° , which corresponds to the angle at the apex of the unbroken cone 2β <60 ^° .
Battery cyclone operates as follows.

Запыленный поток газов из общей входной камеры 1 поступает в циклонные элементы (ЦЭ), приобретая в улитках завихрителя 7 тангенциальную скорость. Более плотные частицы золы под воздействием инерционных сил (центробежной, кориолисовой и других) сепарируются на внутреннюю стенку корпуса ЦЭ 6 и далее под действием силы тяжести выпадают в пылевую камеру 4 через пылеспускные отверстия 10. Обеспыленный газ через выхлопную трубу ЦЭ 11 поступает в пирамидальный диффузор 12 и далее удаляется через общую выходную камеру 2. The dusty stream of gases from the common inlet chamber 1 enters the cyclone elements (CE), acquiring a tangential velocity in the snails of the swirler 7. Dense particles of ash under the influence of inertial forces (centrifugal, Coriolis and others) are separated on the inner wall of the casing 6 and then under the action of gravity fall into the dust chamber 4 through the dust openings 10. Dusty gas through the exhaust pipe CET 11 enters the pyramidal diffuser 12 and then removed through a common output chamber 2.

Горизонтальная трубная доска 5, над которой расположены улитки завихрителей 7, интенсивно омывается запыленными газами, притекающими ко входу в каждую из улиток завихрителя и омывающими оголовок ЦЭ со всех сторон с большой скоростью (тангенциальная скорость в несколько раз больше расходной осевой). При плотном расположении ЦЭ система вихрей, формируемых многоулиточными завихрителями 7 во входной камере 1, обеспечивает отсутствие отложений на горизонтальной трубной доске 5. По прямым опытным данным для золы углей с медианой весового распределения δ₅₀≥ 15 мкм горизонтальная трубная доска остается чистой в длительной эксплуатации, если количество улиток завихрителя не менее четырех и расстояние между осями циклонных элементов внутренним диаметром D составляет менее 1,37 D. Менее плотное расположение ЦЭ облегчает компоновку и ремонтную доступность, однако при улавливании тонкодисперсной слипающейся пыли на горизонтальной трубной доске 5 может интенсифицироваться отложение пыли с последующим снижением степени очистки газов и ростом гидравлического сопротивления.The horizontal tube plate 5, above which the snails of the swirls 7 are located, is intensively washed by dusty gases flowing to the entrance to each of the snails of the swirl and washing the head of the CE from all sides at a high speed (the tangential speed is several times greater than the axial flow rate). With the CE located densely, the system of vortices formed by multi-eddy swirls 7 in the inlet chamber 1 ensures that there are no deposits on the horizontal tube plate 5. According to direct experimental data for coal ash with a median weight distribution of δ ₅₀ ≥ 15 μm, the horizontal tube plate remains clean for long-term operation, if the number of snails of the swirl is not less than four and the distance between the axes of the cyclone elements with an inner diameter D is less than 1.37 D. A less dense arrangement of the CE facilitates the layout and repair accessibility, however, when collecting fine adhering dust on a horizontal tube board 5, dust deposition can be intensified with a subsequent decrease in the degree of gas purification and an increase in hydraulic resistance.

Шаг между осями ЦЭ S в мультициклоне с улиточными ЦЭ должен составлять от S₁/D < 1,25 до S₂/D < 1,37. Улитки завихрителя для интенсификации крутки в ЦЭ расположены так, что образуют конфузорные каналы, перекрывая друг друга на центральный угол γ . В конфузоре происходит ускорение пылегазового потока по крайней мере в 2,0 раза по сравнению со скоростью во входном сечении завихрителя. Увеличение скорости взвешенных частиц полидисперсной пыли определяется также временем релаксации основной фракции взвеси, что обуславливает необходимую длину конфузорного канала. По опытным данным угол перекрытия любой пары улиточных поверхностей должен составлять не менее 22^o30' для четырехзаходного и 15^o для шестизаходного улиточного завихрителя.The step between the axes of the CE S in a multicyclone with snail CE should be from S ₁ / D <1.25 to S ₂ / D <1.37. The swirl snails for intensification of the twist in the CE are located so that they form confuser channels, overlapping each other at the central angle γ. In the confuser, the dust and gas flow accelerates at least 2.0 times in comparison with the speed in the inlet section of the swirler. The increase in the speed of suspended particles of polydisperse dust is also determined by the relaxation time of the main suspension fraction, which determines the necessary length of the confuser channel. According to experimental data, the overlap angle of any pair of snail surfaces should be at least 22 ^o 30 'for a four-way snail and 15 ^o for a six-way snail swirl.

Для предупреждения образования вторичных паразитных вихрей, над завихрителем и ликвидации отложений на крышке завихрителя предназначен конический обтекатель вокруг выхлопной трубы циклонного элемента (ЦЭ). Угол при вершине конического обтекателя должен быть 2β ≤ 60^° . Этот же обтекатель одновременно защищает выхлопную трубу от абразивного износа потоком газовзвеси, а потому совершенно необходим в первых рядах входной камеры по ходу запыленного газа при улавливании грубой и абразивной пыли.To prevent the formation of secondary parasitic vortices, a conical fairing around the exhaust pipe of the cyclone element (CE) is designed above the swirl and eliminate deposits on the swirl cover. The angle at the apex of the conical fairing should be 2β ≤ 60 ^° . The same fairing at the same time protects the exhaust pipe from abrasive wear by the flow of gas suspension, and therefore it is absolutely necessary in the front rows of the inlet chamber along the path of dusty gas when collecting coarse and abrasive dust.

Наиболее тонкая пыль проходит через ЦЭ и может отлагаться на трубной доске, разделяющей входную и выходную камеры. Чтобы предотвратить это, верхняя трубная доска составляется из пирамидальных диффузоров, которые опираются внизу на выхлопную трубу ЦЭ, а наверху заканчиваются прямоугольным сечением, равным ячейке ЦЭ в плане. Грани пирамидальных диффузоров для предотвращения отложения пыли выполняются с малым отклонением от вертикали, так что угол грани с вертикалью меньше 90^°-α , где α - угол естественного откоса для улавливаемой пыли. Выполнение трубной доски в виде сборки из прямоугольных диффузоров с ограниченным углом расширения обеспыленного потока уменьшает интенсивность вторичного вихреобразования в выходной камере. Удар потока о потолок, поворот на 90^o, поперечное взаимодействие обеспыленных газов из разных по глубине рядов протекают с меньшими гидравлическими потерями, что уменьшает затраты энергии на очистку газа от взвеси в батарейном циклоне. Реализация описанных признаков позволяет достигнуть стабильной степени очистки 96% и подтверждается опытными проверками в золоуловителе блока 200 МВт на подмосковном буром угле.The finest dust passes through the CE and can be deposited on the tube plate separating the inlet and outlet chambers. To prevent this, the upper tube plate is composed of pyramidal diffusers, which are supported at the bottom of the exhaust pipe of the CE, and at the top end with a rectangular section equal to the CE cell in the plan. The faces of the pyramidal diffusers to prevent dust deposition are performed with a small deviation from the vertical, so that the angle of the face with the vertical is less than 90 ^° -α, where α is the angle of repose for the captured dust. The implementation of the tube plate in the form of an assembly of rectangular diffusers with a limited expansion angle of the dust-free flow reduces the intensity of the secondary vortex formation in the output chamber. The impact of the flow on the ceiling, a rotation of 90 ^o , the transverse interaction of dust-free gases from different depth rows occur with less hydraulic loss, which reduces the energy cost of cleaning the gas from suspension in a battery cyclone. The implementation of the described features allows to achieve a stable degree of purification of 96% and is confirmed by experimental tests in the ash collector of a 200 MW unit on brown coal near Moscow.

Claims

1. Battery cyclone, comprising a housing with an inlet, outlet and dust chambers, cylinder-conical cyclone elements with exhaust pipes and snail swirls, tube boards, characterized in that the snail swirl of each cyclone element is multi-sweep with at least four snails distributed uniformly around the perimeter the top of the cyclone elements so that their curved surfaces overlap one another by more than a quarter of the central angle falling on one scroll in the element and form a con patterned channels with a reduction in the cross section by at least two times, the tube plate between the inlet and dust chambers is installed horizontally, and the installation step of the cyclone elements on it is less than 1.37 of the diameter of the cylindrical part of the cyclone element, the tube plate between the outlet and inlet chambers is made in form interconnected pyramidal cones, faces, each of which is inclined from the vertical by an angle of less than 30 ^o and transferred from the cross section of the exhaust pipe section at a rectangular cell attributable to cyclone th element in plan view.

2. The cyclone according to claim 1, characterized in that the conical fairings with an angle at the apex of less than 60 ^{° are} mounted on top of the ^swirlers .