SE517374C2

SE517374C2 - Centrifugal separator with helical separation passages

Info

Publication number: SE517374C2
Application number: SE0003732A
Authority: SE
Inventors: Aake Modee
Original assignee: Aake Modee
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2002-06-04
Also published as: SE0003732L; AU2001296126A1; EP1341614A1; SE0003732D0; WO2002032580A1

Abstract

A centrifugal separator for separating a particle containing fluid, for example smoke gas or sludge containing water, into a relatively light fraction and a relatively heavy fraction containing particles comprises a drum-shaped rotor (1) with two opposite gable walls (2, 3), at least one spiral-shaped partition wall (5) arranged between the gable walls such that at least one spiral-shaped separation passage (6) with a central inlet end (7) and a peripheral outlet end (8) are formed in the interior of the drum-shaped rotor. The partition wall has a tapering portion (11), which tapers towards the outlet end of the separation passage and which has at least one elongate free edge (12, 13) spaced from the gable-walls, wherein the free edge is formed as a light fraction overflow also acting as a passage obstacle for heavy fraction.

Description

517 374 u | I v o o u n oo 2 gen och vidare nedåt genonl hål i den 'undre gavelväggen till lättfraktionsutloppet. 517 374 u | I v o o u n oo 2 gen and further down genonl hole in the 'lower gable wall to the light fraction outlet.

US 4161275 visar en centrifugalseparator med lättfraktionsutloppet beläget centralt i rotorn och med fickor utformade i den spiralfor- miga skiljevåggen för mottagning och ackumulering av förorenings- partiklar (tung fraktion). Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en ny enkel och effektiv centrifugalseparator av det ovan diskuterade slaget, som kan ersätta sedimenteringsbassänger, användas som slam- avvattnare eller föravvattnare av slamhaltig vätska som ska avvattnas av en dekanter, och användas för avskiljning av miljö- skadliga partiklar från gaser, t ex rökgaser.US 4161275 discloses a centrifugal separator with the light fraction outlet centrally located in the rotor and with pockets formed in the helical the partition wall for the reception and accumulation of pollutants particles (heavy fraction). The object of the present invention is to provide a new one simple and efficient centrifugal separator of the above discussed which can replace sedimentation basins, be used as sludge drainer or pre-drainer of sludge-containing liquid to dewatered by a decanter, and used for the separation of environmental harmful particles from gases, such as flue gases.

Detta ändamål uppnås medelst en centrifugalseparator av det in- ledningsvis beskrivna slaget, som kännetecknas av att skiljeväggen innefattar ett avsmalnande parti, som avsmalnar mot separeringspas- sagens utloppsände och som har minst en längsgående fri kant be- lägen på avstånd från gavelväggarna, varvid den fria kanten är utformad som ett bräddavlopp för lätt fraktion som dessutom verkar som ett passerhinder för tung fraktion. Den nya centrifugalsepara- torn arbetar principiellt annorlunda än någon av de ovan beskrivna kända centrifugalseparatorerna, nämligen genom att de lätta och tunga fraktionerna har samma strömningsriktning i separeringspassa- gen. Härigenom blir den nya centrifugalseparatorn lättdriven och får en relativt hög kapacitet.This object is achieved by means of a centrifugal separator of the conductively described type, which is characterized by the partition comprises a tapered portion which tapers towards the separation passage the outlet end of the saw and which has at least one longitudinal free edge positions at a distance from the gable walls, the free edge being designed as a overflow drain for light fraction that also acts as a barrier to heavy fraction. The new centrifugal separator tower works in principle differently from any of the ones described above known centrifugal separators, namely by the light and the heavy fractions have the same flow direction in the separation passages. Gene. This makes the new centrifugal separator easy to drive and gets a relatively high capacity.

Den nya centrifugalseparatorn lämpar sig väl för separering av ett fluidum i form av vätska och kan med fördel ersätta konventionella sedimenteringsbassänger. I detta fall drivs centrifugalseparatorn med ett relativt lågt varvtal. Sedimenteringsbassängens förmåga att avskilja en fraktion med hög partikelandel från t ex avloppsvatten är beroende av partiklarnas sedimenteringsförmåga och bassängens 517 374 3 volym och utformning, vilket av ekonomiska och praktiska skäl begränsar sedimenteringsbassängens separeringseffektivitet. En stor fördel med sedimenteringsbassängen är dock att den har låga driftskostnader.The new centrifugal separator is well suited for separating one fluid in the form of liquid and can advantageously replace conventional sedimentation basins. In this case, the centrifugal separator is operated with a relatively low speed. The ability of the sedimentation basin to separate a fraction with a high proportion of particles from, for example, wastewater is dependent on the sedimentation capacity of the particles and that of the basin 517 374 3 volume and design, which for economic and practical reasons limits the separation efficiency of the sedimentation basin. A big advantage of the sedimentation basin, however, is that it has low operating costs.

Således kan den nya centrifugalseparatorn. rena avloppsvatten, vilket i huvudsak sker på följande sätt. Under en första fas ur- luftas avloppsvattnet när det strömmar genom de inledande spiral- varven av separeringspassagen för att undvika flotation av par- tiklar. Under en andra fas separerar rent vatten (lätt fraktion) från partikelinnehållande slam (tung fraktion) när avloppsvattnet strömmar genom de återstående spiralvarven av separeringspassagen.Thus, the new centrifugal separator can. clean wastewater, which mainly takes place in the following way. During a first phase, the wastewater is aerated as it flows through the initial spiral laps of the separation passage to avoid flotation of the tiklar. During a second phase, pure water separates (light fraction) from particulate sludge (heavy fraction) when the wastewater flows through the remaining helical turns of the separation passage.

Under en sista tredje fas strömmar ovanskiktet av avloppsvattnet i form av rent vatten över bräddavloppet till lättfraktionsutlop- pet, medan slammet passerar ut genom tungfraktionsutloppet.During a final third phase, the top layer of wastewater flows in the form of clean water over the overflow drain to the light fraction outlet pet, while the sludge passes out through the heavy fraction outlet.

Den nya centrifugalseparatorn kan även drivas med ett relativt högt varvtal. I detta fall kan den med fördel i många fall ersätta de- kantrar avsedda för avvattning av avloppsslam. En dekanter fungerar nämligen dåligt för stora vattenflöden med låg halt av suspenderade partiklar. Därför måste vanligen slamfraktionen från en sedimente- ringsbassäng förtjockas innan den kan tillföras dekantern. Ett annat problem med dekantern är att flockar som vanligen förekommer i avloppsslam slås sönder i mindre partiklar av den roterande de- kantertrumman när slammet inträder i dekantern. Dessa mindre par- tiklar är svåra att separera i det kraftiga vàtskeflödet genom de- kantern. Ett ytterligare problen1 med. dekantern. är att slammet pressas samman på dekantertrummans innervägg, vilket försvårar avvattningen av slammet, eftersom partiklar i slammet tenderar att bilda ett lock som hindrar passage av överskottsvatten. Samman- pressningen av slammet försvårar även axiell transport av partik- larna utan att omrörning uppstår, vilket medför àtervätning av vät- ska, så att möjligheten att erhålla hög torrhalt hos det resultera- de avvattnade slammet minskar. Med en centrifugalseparator enligt .oo n o u ø ø u n ø ø ao 5 1 7 3 7 4 o » ø | ø : u a ao 4 uppfinningen kan således ovannämnda problem väsentligen undanröjas.The new centrifugal separator can also be operated with a relatively high speed. In this case, it can in many cases replace the canopies intended for drainage of sewage sludge. A decanter works namely bad for large water flows with low content of suspended particles. Therefore, usually the sludge fraction from a sediment thickening basin is thickened before it can be added to the decanter. One Another problem with the decanter is that flocks that commonly occur in sewage sludge is broken into smaller particles by the rotating the edge drum when the sludge enters the decanter. These smaller par- particles are difficult to separate in the strong liquid flow through the the edge. An additional problen1 with. decanter. is that the sludge pressed together on the inner wall of the decanter drum, which makes it difficult the dewatering of the sludge, as particles in the sludge tend to form a lid that prevents the passage of excess water. Together- the pressing of the sludge also complicates axial transport of the particles. without stirring, which leads to re-wetting of the hydrogen so that the possibility of obtaining a high dry matter content of the resulting the dewatered sludge decreases. With a centrifugal separator according to .oo n o u ø ø u n ø ø ao 5 1 7 3 7 4 o »ø | ø: u a ao 4 According to the invention, the above-mentioned problems can thus be substantially eliminated.

Forskning av mekanisk slamavvattning till så hög torrhalt som möjligt har visat att det är realistiskt att uppnå cirka 50% torr- halt under förutsättning att slammet som ska avvattnas konditione- ras pà lämpligt sätt. Det har också visat sig att en halvering av ett tunt slamlager kan fyrdubbla separeringshastigheten. Dessa forskningsresultat pekar pà att centrifugalseparatorn enligt upp- finningen är gynnsam att utnyttja för avvattning av avloppsslam, eftersom slamlagret i den spiralformiga separeringspassagen kan göras tunt.Research of mechanical sludge dewatering to as high a dry matter content as possible has shown that it is realistic to achieve about 50% dry provided that the sludge to be dewatered is conditioned breed in an appropriate manner. It has also been shown that a halving of a thin sludge layer can quadruple the separation rate. These research results indicate that the centrifugal separator the finding is favorable to use for drainage of sewage sludge, since the sludge layer in the helical separation passage can made thin.

Enligt uppfinningen kan den nya centrifugalseparatorn även med fördel användas som föravvattnare av slamhaltig vätska som ska av- vattnas vidare av en dekanter.According to the invention, the new centrifugal separator can also be used advantage can be used as a pre-drainer of sludge-containing liquid to be drained watered further by a decanter.

I det fall den nya centrifugalseparatorn drivs med ett relativt högt varvtal fungerar den pà samma sätt som beskrevs ovan för lågt varvtal i samband med separering av vätska, med det tillägget att de starkare centrifugalkrafterna som verkar pà vätskan medför att vatten i partiklarna frigörs från dessa och separerar in i den lätta fraktionen. Den lätta vattenfraktionen kan successivt tas ut via bräddavloppet sà att väsentligen allt fritt vatten i separe- ringspassagen avlägsnas, vilket medför att den tunga partikelinne- hållande fraktionen kan tas ut med en mycket hög torrhalt.In that case the new centrifugal separator is operated with a relative high speed it works in the same way as described above for low speed in connection with the separation of liquid, with the addition that the stronger centrifugal forces acting on the liquid cause that water in the particles is released from them and separates into it light fraction. The light water fraction can be taken out gradually via the overflow drain so that essentially all free water in the the passage is removed, which means that the heavy particle holding fraction can be taken out with a very high dry content.

Centrifugalseparatorn enligt uppfinningen kan även med fördel utnyttjas för separering av ett fluidum i form av gas, t ex av- skiljning av miljöskadliga partiklar från rökgas.The centrifugal separator according to the invention can also be advantageous used for separation of a fluid in the form of gas, e.g. separation of environmentally harmful particles from flue gas.

Avlänkningsorgan kan vara anordnade i separeringspassagen för av- länkning av strömmande lätt fraktion i riktning mot den längsgående fria kanten, så att avskiljningen av den lätta gas - eller vätske- fraktionen underlättas. 517 374 con oo 5 Det avsmalnande partiet av skiljeväggen kan avsmalna linjärt eller progressivt, eller stegvis mot separeringspassagens utloppsände, och har lämpligen minst två längsgående fria kanter belägna på avstånd från gavelväggarna, varvid var och en av de fria kanterna är utformad som ett bräddavlopp för lätt fraktion som även verkar som ett passerhinder för tung fraktion.Diversion means may be provided in the separation passage for linking of flowing light fraction in the direction of the longitudinal free edge, so that the separation of the light gas or liquid the fraction is facilitated. 517 374 con oo 5 The tapered portion of the partition can taper linearly or progressively, or stepwise towards the outlet end of the separation passage, and preferably has at least two longitudinal free edges located on distance from the gable walls, each of the free edges is designed as a overflow drain for light fraction that also works as a barrier to heavy fraction.

Det avsmalnande partiet sträcker sig längs minst ett, företrädesvis många varv av den spiralformiga skiljeväggen. Lämpligen kan det av- smalnande partiet sträcka sig längs minst en fjärdedel av den spiralformiga skiljeväggens längd. Rent fysikaliskt bör separe- ringspassagen sträcka sig i så många spiralformiga varv som möjligt för att uppnå lång uppehållstid av fluidet i separeringspassagen, vilket medför bra separeringsresultat. En lämplig diameter på den spiralformiga skiljeväggen kan vara cirka 1,2 meter och antalet varv som skiljeväggen bildar kan vara cirka 100 varv. För applika- tioner som kräver relativt låga varvtal av rotorn kan skiljeväggens bredd vara cirka en meter, medan skiljeväggens bredd kan vara betydligt mindre för applikationer som kräver relativt höga varv- tal.The tapered portion extends along at least one, preferably many turns of the helical partition. Conveniently, the narrowing portion extends along at least a quarter of it the length of the helical partition. Physically, the extend in as many helical turns as possible to achieve a long residence time of the fluid in the separation passage, which results in good separation results. A suitable diameter on it spiral partition can be about 1.2 meters and the number turns formed by the partition can be about 100 turns. For application ions that require relatively low speeds of the rotor can be partitioned width can be about one meter, while the width of the partition can be significantly less for applications that require relatively high speeds speech.

Med fördel kan skiljeväggen vara utformad med upphöjningar eller nedsänkningar för skapande av lokal turbulens i det passerande fluidet, vilket påskyndar separationen. Lämpligen sträcker sig upp- höjningarna eller nedsänkningarna diagonalt eller kurvformigt mot skiljeväggens mitt.Advantageously, the partition can be designed with elevations or immersions to create local turbulence in the passing the fluid, which accelerates the separation. Suitably extending the elevations or depressions diagonally or curved towards the middle of the partition.

Tungfraktionsutloppet kan vara anslutet till en reglerventil för reglering av den utgående tunga fraktionens flöde. Ãven lättfrak- tionsutloppet kan vara anslutet till en reglerventil för reglering av den utgående lätta fraktionens flöde.The heavy fraction outlet can be connected to a control valve for regulating the flow of the outgoing heavy fraction. Even lightweight the control outlet can be connected to a control valve for control of the flow of the outgoing light fraction.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka o... av . .o u... ..-- .... .u - . . . n u o n... o.. . . n. u... o.. 5 1 7 3 7 4 " nu. n. an: en 6 figur 1 visar ett axiellt snitt genom en rotor hos en centrifugal- separator enligt en utföringsform av uppfinningen, figur 2 visar schematiskt en sidovy av en spiralformig skiljevägg i rotorn enligt figur 1, figur 3 visar skiljeväggen i utbredd form, figur 4 visar en modifikation av utföringsformen enligt figur 1, och figur 5 visar en dekanter försedd med en centrifugalseparator enligt uppfinningen.The invention is described in more detail in the following with reference to the accompanying drawings, in which O... of . .o u ..... ..-- .... .u -. . . n u o n ... o .. . . n. u ... o .. 5 1 7 3 7 4 " now. n. an: en 6 Figure 1 shows an axial section through a rotor of a centrifugal separator according to an embodiment of the invention, figure 2 schematically shows a side view of a helical partition in the rotor according to Figure 1, figure 3 shows the partition wall in widespread form, Figure 4 shows a modification of the embodiment according to Figure 1, and Figure 5 shows a decanter equipped with a centrifugal separator according to the invention.

Figur 1 visar en trumformig rotor 1 hos en centrifugalseparator enligt uppfinningen med två gavelväggar 2 och 3, och en rörformig axel 4, pà vilken gavelväggarna 2,3 är fästa. En spiralformig skiljevägg 5 är anordnad i rotorns 1 inre mellan gavelväggarna 2,3 och bildar en spiralformig separeringspassage 6 med en central inloppsände 7 och en periferiell utloppsände 8, se figur 2. Den rörformiga axelns 4 inre 9 och ett làngsträckt hål 10 i axelns 4 vägg' bildar ett inlopp för tillförsel av ett fluidunl sonx ska separeras till separeringspassagen 6 vid dess inloppsände 7.Figure 1 shows a drum-shaped rotor 1 of a centrifugal separator according to the invention with two end walls 2 and 3, and one tubular shaft 4, to which the end walls 2,3 are attached. A spiral partition wall 5 is arranged in the interior of the rotor 1 between the end walls 2,3 and forms a helical separation passage 6 with a central inlet end 7 and a peripheral outlet end 8, see figure 2. The the inner 9 of the tubular shaft 4 and an elongate hole 10 in the shaft 4 wall 'forms an inlet for supplying a fluidunl sonx shell separated to the separation passage 6 at its inlet end 7.

Eventuellt kan två olika fluider blandas i axelns 4 inre genom att de tillförs detta från nmtsatta ändar av axeln 4, så att ett fluidum sammansatt av nämnda två olika fluider tillförs hålet 10.Optionally, two different fluids can be mixed in the interior of the shaft 4 by they are supplied from the inserted ends of the shaft 4, so that a fluid composed of said two different fluids is supplied to the hole 10.

Detta blandningsförfarande kan vara gynnsamt att tillgripa när en separeringsunderlättande kemisk substans ska tillsättas.This mixing process may be favorable to resort to when one separation-facilitating chemical substance must be added.

En ej visad drivanordning av konventionellt slag är inrättad att rotera rotorn 1 med en hastighet sonx medför att fluidum som strömmar genom separeringspassagen 6 separerar i denna i lätta och tunga fraktioner endast som resultat av centrifugalkrafters pà- verkan. Således pâverkas separeringsresultatet ej av tyngdkraften.A drive device (not shown) of a conventional type is arranged to rotating the rotor 1 at a speed sonx causes fluid which flows through the separation passage 6 separates in it in light and heavy fractions only as a result of centrifugal forces effect. Thus, the separation result is not affected by gravity.

Skiljeväggen 5 består av en bandformig plàt som har ett linjärt avsmalnande parti 11 med tvà sidokanter 12 och 13, se figur 3.The partition wall 5 consists of a strip-shaped plate which has a linear tapered portion 11 with two side edges 12 and 13, see figure 3.

Sidokanterna 12,13 är uppvikta så att de bildar tvà bräddavlopp pà 5 1 7 5 7 4 nu: nu 7 ömse sidor om skiljeväggens 5 avsmalnande parti 11. Skiljeväggen 5 är i detta utföringsexempel totalt 250 meter lång och en meter bred fram till det avsmalnande partiet 11, som sträcker sig längs mer än halva skiljeväggens 5 längd. Med skiljeväggen 5 i hoprullat skick och monterad i rotorn 1 bildar partiet 11 således en av- smalnande ränna som styr partiklar ingående i den tunga fraktionen mot skiljeväggens 5 spetsände, där den tunga fraktionen töms från centrifugalseparatorn via ett tungfraktionsutlopp 14, medan den lätta fraktionen passerar över sidokanterna 12,13 och töms från Centrifugalseparatorn via ett lättfraktionsutlopp 15. Naturligtvis kan flera spiralformiga skiljeväggar anordnas i rotorn 1, så att flera separata separeringspassager bildas.The side edges 12,13 are folded up so that they form two overflow drains 5 1 7 5 7 4 nu: nu 7 both sides of the tapered portion 5 of the partition 11. The partition 5 is in this exemplary embodiment a total of 250 meters long and one meter wide up to the tapered portion 11, which extends along more than half the length of the partition 5. With partition 5 rolled up condition and mounted in the rotor 1, the portion 11 thus forms a narrowing chute that controls particles included in the heavy fraction towards the tip end of the partition 5, where the heavy fraction is emptied from the centrifugal separator via a heavy fraction outlet 14, while the light fraction passes over the side edges 12,13 and is emptied The centrifugal separator via a light fraction outlet 15. Of course several helical partitions can be arranged in the rotor 1, so that several separate separation passages are formed.

Figur 4 visar en modifierad rotor 16, i vilken en spiralformig skiljevägg 17 liknande skiljeväggen 5 är anordnad, men som har ett annorlunda utformat avsmalnande parti 18. Sålunda avsmalnar partiet 18 progressivt längs en enda krökt sidokant 19 mot skiljeväggens 17 ena kortände. En reglerventil 20 är inrättad att reglera den utgående tunga fraktionens flöde och en reglerventil 21 är inrättad att reglera den utgående lätta fraktionens flöde.Figure 4 shows a modified rotor 16, in which a helical partition 17 similar to partition 5 is provided, but which has one differently shaped tapered portion 18. Thus, the portion tapers 18 progressively along a single curved side edge 19 towards the partition 17 one short end. A control valve 20 is arranged to control it the flow of the outgoing heavy fraction and a control valve 21 are provided to regulate the flow of the outgoing light fraction.

Figur 5 visar en dekanter 22, som är försedd med en centrifugalse- parator 23 enligt uppfinningen. Centrifugalseparatorn 23 är anord- nad vid dekanterns 22 inloppsände med rotorn orienterad koaxiell med dekanterns 22 dekanterskruv 24. Avloppsslam som ska avvattnas av dekantern 22 inkommer först i Centrifugalseparatorn 23 där slammet föravvattnas till en konsistens som optimerar dekanterns 22 funktion.Figure 5 shows a decanter 22 provided with a centrifugal separator. operator 23 according to the invention. The centrifugal separator 23 is arranged at the inlet end of the decanter 22 with the rotor oriented coaxially with decanter 22 decanter screw 24. Sewage sludge to be drained of the decanter 22 first enters the Centrifugal Separator 23 there the sludge is pre-dewatered to a consistency that optimizes the decanter 22 function.

Claims

n. ~ u u n u n f. Patent claim

A centrifugal separator for separating a fluid containing heavy particles into a relatively light fraction and a relatively heavy fraction containing the particles, comprising a drum-shaped rotor (2,3), (1) with two opposite end walls at least one helical partition (5; 17) , which is arranged between the end walls so as to form with a central in the at least one helical separation passage (6) the flue end (7) and a peripheral outlet end (8) of the drum rotor inside, at least one inlet (9, 10) for supplying the fluid to be separated centrally into the rotor to the inlet end of the separation passage, a heavy fraction outlet (14) for discharging the heavy fraction from the outlet end of the separation passage, a light fraction outlet (15) for emptying the light fraction from the interior of the drum-shaped rotor device, and a drive rotate the rotor at a speed which causes fluid flowing through the separation passage to separate therein in light and heavy fractions as a result of only by centrifugal forces, characterized in that the partition (5; 17) comprises a tapered portion (11; 18) which tapers towards the outlet end (8) of the separation passage (6) and which has at least one longitudinal free edge (12, 14). ; 19) located at a distance from the end walls (2,3), the free edge being designed as a overflow drain for light fraction which also acts as a barrier for heavy fraction.

Centrifugal separator according to Claim 1, characterized in that the tapered portion (11) tapers linearly towards the outlet end (8) of the separation passage (6).

Centrifugal separator according to Claim 1, characterized in that the tapered portion (18) tapers progressively towards the outlet end (8) of the separation passage (6). 517 374 §Iï = 9

Centrifugal separator according to Claim 1, characterized in that the tapered portion (18) tapers stepwise towards the outlet end (8) of the separation passage (6).

Centrifugal separator according to one of Claims 1 to 4, characterized in that deflection means are arranged in the separation passage (6) for deflection of flowing light fraction in the direction of the longitudinal free edge (12, 13; 19).

Centrifugal separator according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the tapered portion (11) has at least two longitudinal free edges (12, 13) located at a distance from the end walls (2,3), each of the free edges is designed as a overflow drain for light fraction which also acts as a barrier for heavy fraction.

Centrifugal separator according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the tapered portion (11; 18) extends along at least one revolution of the helical partition (5; 17).

Centrifugal separator according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the tapered portion (11; 18) extends along at least a quarter of the length of the helical partition (5; 17).

Centrifugal separator according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the partition wall (5; 17) is formed with elevations or depressions for creating local turbulence in the passing fluid.

Centrifugal separator according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the tongue fraction outlet (14) is connected to a control valve (20) for regulating the flow of the outgoing heavy fraction. now 51 7 3 7 4 §II = 10

Use in a centrifugal separator (23) according to claims 1-10 as a pre-drain of sludge-containing liquid is dewatered by a decanter (22). according to any of which shall