БАТАРЕЙНЫЙ ЦИКЛОН Российский патент 1998 года по МПК B04C5/28 

Изобретение относится к области пылеулавливания и предназначено для использования в котлах промышленной и коммунальной энергетики для очистки отходящих дымовых газов от золы.

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).

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.

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).

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.

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.

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.

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.

При этом на завихрителях сверху установлены конические обтекатели с углом при вершине менее 60^o.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Использование: изобретение относится к области пылеулавливания и предназначено для использования в котлах промышленной и коммунальной энергетики для очистки отходящих дымовых газов от золы. Сущность изобретения: батарейный циклон, включающий корпус с входной, выходной и пылевой камерами и циклонные элементы с улиточными завихрителями. Улиточный завихритель каждого циклонного элемента выполнен многозаходным, при этом шаг установки циклонных элементов на горизонтальной трубной доске между входной и пылевой камерами составляет менее 1,37 диаметра цилиндрической части циклонного элемента, а трубная доска между выходной и входной камерами выполнена в виде соединенных друг с другом пирамидальных диффузоров, грани каждого из которых отклонены от вертикали на угол менее 30^o. При этом на завихрителях сверху установлены конические обтекатели с углом при вершине менее 60^o. Предложенное решение позволяет предотвратить отложение пыли в проточной части батарейного циклона с улиточным завихриванием запыленных газов, а также стабилизировать степень очистки газа и снизить гидравлическое сопротивление при длительной безостановочной эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Батарейный циклон, включающий корпус с входной, выходной и пылевой камерами, цилиндроконические циклонные элементы с выхлопными трубами и улиточными завихрителями, трубные доски, отличающийся тем, что улиточный завихритель каждого циклонного элемента выполнен многозаходным с количеством улиток не менее четырех, распределенных равномерно по периметру верха циклонных элементов так, что их криволинейные поверхности перекрывают одна другую более чем на четверть центрального угла, приходящегося в элементе на одну улитку, и образуют конфузорные каналы с уменьшением проходного сечения по крайней мере в два раза, трубная доска между входной и пылевой камерами установлена горизонтально, а шаг установки циклонных элементов на ней составляет менее 1,37 диаметра цилиндрической части циклонного элемента, трубная доска между выходной и входной камерами выполнена в виде соединенных друг с другом пирамидальных диффузоров, грани каждого из которых отклонены от вертикали на угол менее 30^o и переходят с сечения выхлопной трубы на сечение прямоугольной ячейки, приходящейся на циклонной элемент в плане. 2. Циклон по п. 1, отличающийся тем, что на завихрителях сверху установлены конические обтекатели с углом при вершине менее 60^o.