SE535953C2

SE535953C2 - Device for separating particles from a flow

Info

Publication number: SE535953C2
Application number: SE1000863A
Authority: SE
Inventors: Adrian J Cabezas Morales
Original assignee: Centriclean Systems Ab
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2013-03-05
Also published as: SE1000863A1

Abstract

Uppﬁnningen avser en anordning för avskiljning av partiklar från ett ﬂuidurn, i huvudsak frånen gas. En cyklon, med en nedre konisk del, har bl. a bristande separeringsfórrnåga för ﬁnapartiklar, eftersom huvudvirvelns vändpunkt varierar med ﬂödet och avskiljningen dessutomstörs av turbulens i den hopträngda vändzonen. Genom att använda cykloner med en cirkulär virvelreﬂektor (4) med omgivande passager (5)till en undertill monterad partikelkammare (3) vänder virveln kontrollerat på samma ställeoberoende av ﬂödet och partikelavskiljníngen sker i lä på behörigt avstånd frånhöghastighetszonen, ovanför virvelreﬂektoms (4) centrum och det nu från partiklar renadeﬂödet lämnar anordningen genom en utloppskanal (7). Genom uppﬁnningens sätt attarrangera utloppskanalens (7) läge i förhållande till virvelreﬂektom (4), kan en högsepareringseffektivitet uppnås. Uppﬁmiingen är lämplig att tillämpa for rening av rökgas och insamling av ﬁnfördelat material i pulverforrn. The invention relates to a device for separating particles from an oven, mainly from gas. A cyclone, with a lower conical part, has i.a. a lack of separation ability for ﬁ naparticles, as the turning point of the main vortex varies with ﬂ fate and the separation is also disturbed by turbulence in the constricted turning zone. By using cyclones with a circular vortex ﬂ vector (4) with surrounding passages (5) to a bottom-mounted particle chamber (3), the vortex turns in a controlled manner in the same place regardless of the och fate and the particle separation takes place at a reasonable distance from the now particle-purified ﬂ fate leaves the device through an outlet channel (7). By way of arranging the position of the outlet duct (7) in relation to the vortex ectom (4), a high separation efficiency can be achieved. The solution is suitable to apply for flue gas purification and collection of distributed material in the powder form.

Description

25 30 35 535 953 Detaljbeskrívning av uppfinningen Föreliggande uppfinning är i grunden en kombination av en traditionell cyklon respektive en konlös axiell cyklon, med tillägg av den aktuella uppfinningen och utgörs därvid av ett större cyklonrör, som har inlopp och utlopp i samma ände och vars inlopp är kopplad till en trycksatt gaskälla, eller försedd med ett blåsande organ, t.ex en ﬂäkt, alternativt ett sugande organ kopplat till utloppet, vilken förﬂyttar tex gas in i cyklonröret mot en statisk virvelbildare, uppbyggd kring ett centralt utloppsrör, vilken sätter gas och partiklar i skruvforrnade banor mot en virvelreﬂektor i rörets andra ände. Virvelbildaren består av ﬂer skruvformade kanaler uppbyggda av ledskenor. Virvelbildaren ges en optimal längd och dess ledskenor optimal ingångs- respektive utgångsvinkel för bästa separeringsskärpa och minsta tryckfall. Flödeshastigheten och strömningsriktningen styrs av ledskenomas antal och deras höjd och vinkel mot centrumaxeln och därmed partiklamas uppehållstid innan de når ingången till en partikelkammare, belägen bakom en central virvelreﬂektor omgiven av öppningar. Om cyklonen skall användas vid varierande flöden, tex ett lägre, kan strömningsarean i Virvelbildaren minskas genom tex en uppblâsbar central vägg. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is basically a combination of a traditional cyclone and a cone-axial cyclone, respectively, with the addition of the present invention and thereby consists of a larger cyclone tube, which has inlets and outlets at the same end and whose inlet is connected to a pressurized gas source, or provided with a blowing member, eg a ﬂ genuine, or alternatively a suction member connected to the outlet, which for example moves gas into the cyclone tube against a static vortex generator, built around a central outlet tube, which puts gas and particles in helical paths against a vortex ﬂector at the other end of the tube. The vortex generator consists of skru er helical channels built up of guide rails. The vortex generator is given an optimal length and its guide rails optimal input and output angle for the best separation sharpness and minimum pressure drop. The flow velocity and flow direction are controlled by the number of guide rails and their height and angle to the center axis and thus the residence time of the particles before they reach the entrance to a particle chamber, located behind a central vortex ectector surrounded by openings. If the cyclone is to be used for varying flows, eg a lower one, the flow area in the vortex generator can be reduced by, for example, an inflatable central wall.

Separeringseffektiviteten är proportionell mot tangentialhastigheten i kvadrat dividerat med cyklonrörets innerradie, eller snarare partiklarnas aktuella radieposition. Dock ökar tryckfallet också med denna kvot och det slutliga parametervalet blir en kompromiss. Ett övergripande mål är att strömningen genom anordningen skall vara så turbulensfri som möjligt, förutom den nyttiga cyklonvirveln. En kort virvelbildare säkerställer en i stort sett laminär strömning och att partiklarna får rätt vinkel och en lagom lång uppehållstid i cyklonen, så att de hinner falla ut mot väggens gränsskikt innan de når höjdläget för utloppskanalens nedre ända , varvid risken att de sugs in i utloppskanalen minimeras.The separation efficiency is proportional to the tangential velocity squared divided by the inner radius of the cyclone tube, or rather the current radius position of the particles. However, the pressure drop also increases with this ratio and the final parameter choice becomes a compromise. An overall goal is that the flow through the device should be as turbulence-free as possible, in addition to the useful cyclone vortex. A short vortex generator ensures a largely laminar flow and that the particles get the right angle and a reasonably long residence time in the cyclone, so that they have time to fall out towards the boundary layer of the wall before reaching the height of the lower end of the outlet channel. minimized.

När gasvirveln når virvelreﬂektom, vänder den snabbt tillbaka mot det centrala utloppskanalen genom virvelbildarens centrum och vidare ut ur cyklonen. Det relativt stora avståndet mellan de utseparerade partiklarna i gränsskiktet längs cyklonrörets insida och platsen för den snabba vändningen av luftvirveln i cyklonens centrum, antas bidra till den förvånansvärt effektiva utsepareringen av partiklama. Troligen är förklaringen mer invecklad än så. För att nå de verkligt höga separeringseffektivitetema har en omfattande parameterstudie pekat ut att avståndet mellan utloppskanalens nedre kant och virvelreﬂektom är synnerligen viktigt. Om utloppskanalens längd ökas successivt, så stiger effektiviteten till 10 15 20 25 30 535 953 en maximal nivå, för att sedan snabbt falla. Bäst effektivitet nås vanligtvis då avståndet mellan utloppskanalens inloppsände och virvelreﬂektom är ca en fjärdedel av avståndet mellan cyklonens inlopp och virvelreﬂektom.When the gas vortex reaches the vortex kt ectom, it rapidly returns to the central outlet channel through the center of the vortex generator and further out of the cyclone. The relatively large distance between the separated particles in the boundary layer along the inside of the cyclone tube and the location of the rapid rotation of the air vortex in the center of the cyclone is believed to contribute to the surprisingly effective separation of the particles. The explanation is probably more complicated than that. In order to achieve the really high separation efficiencies, an extensive parameter study has pointed out that the distance between the lower edge of the outlet channel and the vortex ectom is extremely important. If the length of the outlet duct is gradually increased, the efficiency rises to a maximum level, and then falls rapidly. The best efficiency is usually achieved when the distance between the inlet end of the outlet duct and the vortex ectom is about a quarter of the distance between the inlet of the cyclone and the vortex ectom.

Lösningen med en virvelreﬂektor gör att virveln nere i partikelkamrnaren är svag, vilket motverkar återﬂöde av partiklar uppåt i systemet. Dock har det visat sig att de allra minsta partiklarna har förmåga att stiga uppåt ändå. Genom att leda ut virveln i partikelkarnrnaren mot dess vägg och blockera den uppåtgående partikelströmmen med en cirkulär plåt under virvelreﬂektom, erhålls en dramatisk minskning av små partiklar i cyklonens utlopp.The solution with a vortex görector means that the vortex down in the particle chamber is weak, which counteracts the re-fate of particles upwards in the system. However, it has been shown that the smallest particles have the ability to rise upwards anyway. By guiding the vortex in the particle core towards its wall and blocking the upward particle flow with a circular plate under the vortex ectom, a dramatic reduction of small particles in the cyclone outlet is obtained.

En utföringsfonn av uppfinningen utgörs av ett cylindriskt cyklonrör l, som är sammankopplat vid 2 med en partikelkarnmare 3. Vid sammankopplingen 2 sitter en virvelreﬂektor 4 som utgörs av en rund skiva och är centrerad så det bildas en eller fler runtgående springor 5 för fångade partiklars passage till en partikelkamrnare 3. Under virvelreﬂektom finns en rotationssymetrisk avledarplåt 12 monterad, vilken hindrar de minsta partiklarna att återströmma uppåt genom de runtomgående springoma 5. I cyklonrörets 1 övre del sitter en virvelbildare 6 och dess ytterradie är samma som cyklonrörets 1 innerradie. En utloppskanal 7 är genomgående virvelbildaren 6 , vars strömningskanaler, in mot centrumaxeln kan avgränsas av utloppskanalen 7, eller av ytterligare en centriskt placerad rotationssymetrisk vägg, i syfte att minska strömningsarean. Det större cyklonröret l sträcker sig en bit ovanför virvelbildaren 6 där ett eller ﬂera inloppsrör 8 är kopplade.An embodiment of the invention consists of a cylindrical cyclone tube 1, which is connected at 2 to a particle core 3. At the connection 2 there is a vortex 4 vector 4 which consists of a round disc and is centered so as to form one or more circumferential slots 5 for the passage of trapped particles. to a particle chamber 3. Below the vortex ectom is mounted a rotationally symmetrical diverter plate 12, which prevents the smallest particles from flowing backwards upwards through the circumferential slots 5. In the upper part of the cyclone tube 1 there is a vortex generator 6 and its outer radius is the same as the inner radius of the cyclone tube 1. An outlet channel 7 is continuously the vortex generator 6, the flow channels of which, towards the center axis, can be delimited by the outlet channel 7, or by a further centrally located rotationally symmetrical wall, in order to reduce the flow area. The larger cyclone tube 1 extends a bit above the vortex former 6 where one or more of the inlet tubes 8 are connected.

Virvelbildaren 6 tvingar gasen med partiklar att rotera med den vinkel mot cyklonens centrumaxel som virvelbildaren 6 har i sin slutpunkt. Eftersom partiklamas densitet är högre än gasens, så ansamlas de på cyklonrörets l inneryta, pga centrifugalkraften, i sin bana ner mot virvelreﬂektom 4. Gasen fortsätter virvla ner till virvelreflektom 4 där den tvingas vända, dels av det faktiska stoppet och dels av att den enda vägen ut är genom utloppskanalen 7.The vortex generator 6 forces the gas with particles to rotate at the angle to the center axis of the cyclone that the vortex generator 6 has at its end point. Because the density of the particles is higher than that of the gas, they accumulate on the inner surface of the cyclone tube, due to the centrifugal force, in their path down to vortex ﬂ ect 4. The gas continues to vortex down to vortex reflector 4 where it is forced to turn, partly by the actual stop and partly by the only the way out is through the outlet channel 7.

Virvelreﬂektorn 4 är, som nämnts ovan, en cirkulär platta som har en eller ﬂera runtgående springor 5 mellan dess ytterdiarneter och det stora cyklonrörets 1 innerdiameter. Vid virvelreﬂektorn 4 tvingas gasen mot centrum av cyklonröret 1, från alla håll, och bildar därmed en stagnationspunkt 9. För att ta sig förbi och över stagnationspurrkten 9 ökar gasens hastighet i riktning mot utloppskanalen 7. Det relativt stora avståndet mellan de utseparerade partiklama i gränsskiktet längs cyklonrörets l insida och fenomenet vid stagnationspunkten 9, där gasen plötsligt accelererar i motsatt riktning, gör att partiklarna mycket effektivt fångas i partikelkamrnaren 3. Också det förhållandet att avståndet mellan utloppskanalens 7 nedre 10 15 20 25 30 35 535 953 ände och virvelbildaren 6 görs tillräckligt långt för att de minsta partiklama skall hinna fångas i gränsskiktet före att de når nämnda ände, bidrar också i hög grad till en god effektivitet.The vortex ector 4 is, as mentioned above, a circular plate having one or more circumferential slots 5 between its outer diameters and the inner diameter of the large cyclone tube 1. At the vortex ector 4, the gas is forced towards the center of the cyclone tube 1, from all directions, thus forming a stagnation point 9. To get past and over the stagnation point 9, the velocity of the gas increases in the direction of the outlet channel 7. The relatively large distance between the separated particles in the boundary layer along the inside of the cyclone tube 1 and the phenomenon at the stagnation point 9, where the gas suddenly accelerates in the opposite direction, causes the particles to be caught very efficiently in the particle chamber 3. Also the fact that the distance between the lower end of the outlet channel 7 and the vortex generator 6 is made long enough for the smallest particles to be caught in the boundary layer before they reach said end, also contributes greatly to a good efficiency.

Virvelbildaren 6 kan antingen ha en fast rotationsvinkel eller en stegrande, dvs. att startvinkeln är mindre tangentiell än slutvinkeln. Slutvinkeln på virvelbildaren 6 bestämmer hur många varv partikelflödet går innan det når partikelkammaren 3. Virvelbildaren 6 är ihålig, från centrum till samma ytterdiaineter som utloppskanalen 7, sett ovanifrån.The vortex generator 6 can either have a fixed angle of rotation or a rising edge, i.e. that the starting angle is less tangential than the end angle. The end angle of the vortex generator 6 determines how many revolutions the particle flow passes before it reaches the particle chamber 3. The vortex generator 6 is hollow, from the center to the same outer diameters as the outlet channel 7, seen from above.

Virvelbildaren 6 består tex av 2 st ledskenor 10 som vrider sig minstl 80 grader vardera, sett ovaniﬁån, eller 3 st ledskenor som vrider sig minst 120 grader vardera, eller 4 st ledskenor osv. Strömningsarean mellan alla ledskenor 10, samt ﬂödet bestämmer momentanhastigheten som gasen och partiklarna får, när de precis lämnat virvelbildaren 6. För att reglera och öka hastigheten ﬁnns möjlighet att minska ﬂödesarean mellan ledskenoma 10, genom att införa en extra centriskt placerad ínnervägg llmellan utloppskanalen 7 och cyklonröret l, vilket möjliggör mindre ﬂödesarea och därmed högre ﬂödeshastighet, samtidigt som partiklarna får kortare väg att falla ut mot cyklonröret (1) , viket sammanlagt ger en bättre separationseffektivitet.The vortex generator 6 consists, for example, of 2 guide rails 10 which rotate at least 80 degrees each, seen from above, or 3 guide rails which rotate at least 120 degrees each, or 4 guide rails, etc. The flow area between all the guide rails 10, and the fate determine the instantaneous velocity that the gas and the particles receive, when they have just left the vortex generator 6. To regulate and increase the speed, there is the possibility of reducing the fate area between the guide rails 10, the cyclone tube 1, which enables a smaller ﬂ fate area and thus a higher ﬂ velocity velocity, at the same time as the particles have a shorter path to fall out towards the cyclone tube (1), which in total gives a better separation efficiency.

Virvelreﬂektorn 4 fungerar som en studsmatta för gasströmmen då den väljer att söka sig mot centrum av cyklonröret 1 istället för att tränga ner i de runtomgående springoma 5.The vortex ector 4 acts as a trampoline for the gas flow as it chooses to seek towards the center of the cyclone tube 1 instead of penetrating into the circumferential slots 5.

Lösningen med en virvelreﬂektor 4 gör att virveln nere i partikelkamrnaren 3 är svag, vilket motverkar återﬂöde av partiklar uppåt i systemet. Dock har det visat sig att de allra minsta partiklarna har förmåga att stiga uppåt ändå. Genom att leda ut virveln i partikelkammaren 3 mot dess vägg och blockera den uppåtgående partikelströmmen med en cirkulär plåt 12 under virvelreﬂektom 4, erhålls en dramatisk minskning av små partiklar i utloppskanalen 7.The solution with a vortex 4 vector 4 means that the vortex down in the particle chamber 3 is weak, which counteracts the re-fate of particles upwards in the system. However, it has been shown that the smallest particles have the ability to rise upwards anyway. By guiding the vortex in the particle chamber 3 towards its wall and blocking the upward particle flow with a circular plate 12 below the vortex 4 ectum 4, a dramatic reduction of small particles in the outlet channel 7 is obtained.

Det är även möjligt att arrangera ett axiellt inlopp 15 ovanför virvelbildaren 6 och då även förse densamma med en konisk strörnningsledare 18, för att undvika turbulens.It is also possible to arrange an axial inlet 15 above the vortex generator 6 and then also provide it with a conical disturbance conductor 18, in order to avoid turbulence.

Claims

10 15 20 25 30 535 953 PATENT REQUIREMENTS

A device for separating particles from a gas ﬂ desolate, with a cylindrical part in the form of a cyclone tube (1), with one or ﬂ inlets (8, 15) and a central outlet channel (7), starting at a lower end ( 16) and ends over the respective inlet (8, 15), wherein in the cyclone tube (I) there is a vortex generator (6), in which the outlet channel (7) is continuous, and at the bottom of the device there is a vortex re vector (4), centrally located , having one or more openings (5) in the periphery for passing separated particles down to a particle chamber (3), characterized in that the distance between the lower end (16) of the outlet channel (7) and the vortex ﬂ (4) is 10 - 50% of the distance from a point (14, 17) at alternate inlets (8, 15) and the plane of the vortex ((4).

A device according to claim 1, characterized in that the vortex (ectom (4) is provided with a circular ﬂ fate conductor (12), mounted on the underside of the vortex kt ect, pointing downwards and extending outwards a bit below and past the openings (5) to block back ﬂ fate upwards. from the particle chamber (3).

A device according to any one of the preceding claims, characterized in that the vortex generator (6) is equipped with an inner cylindrical wall (1 1) separated from the outlet channel (7).

A device according to claim 3, characterized in that the inner wall (11) widens towards a larger radius towards its lower part so that the speed of fate out of the vortex generator (6) is higher than 20 rn / s.

A device according to any one of the preceding claims, characterized in that the vortex former (6) is located in the upper part of the cyclone tube (1).