СЕПАРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК B01D45/08 

Заявляемое устройство относится к оборудованию для очистки запыленных газов от твердых частиц и может быть использовано в энергетических и отопительных котлах, в частности в котлах с циркуляционным кипящим слоем, а также найти применение в других отраслях, использующих агрегаты с кипящим слоем. Устройство предназначено для улавливания частиц, вынесенных потоком газа из слоя, находящегося в топке и возвращения их в нижнюю часть топки.

Цель изобретения - повышение степени очистки газа за счет исключения возможности обратного выноса уловленных частиц потоком газа, проходящего через сборный бункер в обход элементов сепаратора.

На фиг. 1 схематично представлен вид сбоку на известное сепарационное устройство, использующее вертикальные желоба; на фиг.2 - вид сверху в разрезе по А-А; на фиг.3 и 4 - схематично изображено известное желобковое сепарационное устройство с горизонтальной перегородкой, отделяющей газоход котла от бункера уловленной пыли; на фиг.4 - разрез на виде сверху на фиг.3 по Б-Б; на фиг. 5 и 6 - представлена схема предлагаемого сепарационного устройства с желобами, опущенными в псевдоожиженный слой; фиг.5 - вид сбоку, фиг.6 - вид сверху в разрезе по В-В. На котлах с циркуляционным кипящим слоем чаще всего для улавливания и возвращения этих частиц используют выносные циклоны, устанавливаемые на выходе из топки. Установка циклонов и переточных устройств увеличивает габариты котла в поперечном сечении в 2-3 раза по сравнению с размерами топки, а стоимость изготовления и монтажа циклонов соизмерима со стоимостью самого котла [1].

Известны конструкции инерционных сепарационных устройств ударного типа, устанавливаемых внутри газового тракта котла, на выходе из топки и не увеличивающих значительно его габариты. Это - желобковые сепарационные устройства [2] , представляющее из себя один или несколько рядов желобов, установленных на выходе из топки. Под желобами обычно располагается накопительный бункер, в который ссыпаются уловленные частицы. Из накопительного бункера частицы с помощью перегрузочного устройства возвращаются в топку.

Наиболее близок по технической сущности к заявляемому устройству инерционный сепаратор, описанный в патенте US 4992085, схематично изображенный на фиг. 1 и 2. Он содержит по крайней мере два ряда вогнутых желобов 1, установленных вертикально внутри газохода 2 котла. Желоба перегораживают газоход "в свету" полностью. Твердые частицы, выносимые из топки потоком дымовых газов 9, ударяются в желоб, теряют свою кинетическую энергию и в зоне аэродинамической тени, формирующейся внутри желоба, осыпаются в сборный бункер 3. Из бункера они через гидрослоевой затвор 4 удаляются в нижнюю часть топки.

Эффективность работы такого сепаратора зависит от числа рядов желобов. Однако, как показывает опыт эксплуатации, при увеличении числа рядов свыше трех, степень очистки почти не возрастает. Это происходит из-за того, что в пространстве сборного бункера под нижними концами желобов формируется устойчивый газовый поток 10, идущий в обход элементов сепаратора. Поток подхватывает частицы и выносит их в пространство за последним рядом желобов.

В патенте US 5343830 для исключения явления вторичного уноса частиц из бункера используется горизонтальная перегородка. Перегородка 5 (фиг.3 и 4) перекрывает все пространство над сборным бункером. Концы желобов опущены в бункер через отверстия 6, служащие одновременно для пропускания осыпающихся уловленных частиц.

Проведенные испытания аналогичного устройства показывает, что оно не дает большого положительного эффекта. Наличие горизонтальной перегородки с отверстиями лишь снижает эффект вторичного уноса, но не исключает его совсем. В передних рядах поток газа 10 проходит через отверстия перегородки в сборный бункер, а в задних - выходит обратно в газовый тракт котла, навстречу потоку осыпающихся частиц. Из-за этого последние ряды желобов сепаратора становятся бесполезными.

Кроме того, горизонтальная перегородка препятствует не только движению газа в обход элементов сепаратора, но и опускному движению уловленных частиц. Из-за этого в нижней части сепаратора над горизонтальной перегородкой формируются области с повышенной концентрацией пыли, из которых твердые частицы выносятся в газоход за сепаратор.

Назначением предлагаемого устройства является исключение проскока газопылевого потока под нижним срезом желоба и увеличение за счет этого степени очистки газа. Для решения поставленной задачи нижние концы желобов погружены во вспомогательный слой из уловленных мелкодисперсных частиц. Слой поддерживается в состоянии псевдоожижения для придания материалу свойств текучести.

Сепарационное устройство инерционного типа, представленное на фиг.5 и 6 состоит из нескольких рядов желобов 1, расположенных на выходе из топки и полностью перегораживающих газоход "в свету". Нижние концы желобов погружены в ванну с псевдоожиженным слоем мелкодисперсного материала 7, одновременно играющую роль накопительного бункера. Воздух для ожижения подается в подрешеточное пространство 11 по отдельной линии. Оптимальным режимом будет такой, при котором уловленный материал в ванне 7 находится в состоянии минимального ожижения. Высота псевдоожиженного слоя определяется высотой трубы 8 через открытый конец которой излишки мелкодисперсного материала ссыпаются в слоевой затвор и возвращаются в топку.

Недогоревшие частицы топлива и инертного материала, выносимые потоком дымовых газов 9 из топки, поступают в сепарационное устройство. Поскольку нижние концы желобов заглублены в псевдоожиженный слой, газопылевой поток не может обойти сепарирующие элементы снизу. При соударении с желобами частицы теряют кинетическую энергию, ссыпаются вниз и попадают в слой псевдоожиженного материала в бункере. Выбросы в надслоевое пространство, особенно из слоя, находящегося в состоянии минимального сжижения, практически отсутствуют, а силы межфазного взаимодействия не позволяют газовому потоку подхватывать частицы с поверхности слоя в большом количестве. Отдельные частицы, которые все-таки захватываются потоком, осаждаются на следующих по ходу газа желобах. При превышении высоты слоя выше уровня, определяемого высотой расположения среза трубы переточного устройства, избыток частиц автоматически перегружается в топку.

В проблемной лаборатории кафедры Промышленной теплоэнергетики Уральского государственного технического университета была смонтирована экспериментальная модель топки с циркуляционным кипящим слоем с описываемым сепарационным устройством. Устройство состояло из шести рядов П-образной формы, установленных по два в ряд в шахматном порядке. Размер желобов в плане - 100 на 100 мм. Высота желобов - 800 мм, причем нижние концы были на 100 мм заглублены в псевдоожиженный слой мелкодисперсных частиц корунда. Испытания показали, что сепарационное устройство обеспечивает полное улавливание частиц размером 100 мкм и выше. Для частиц размером 60 - 80 мкм, степень улавливания составила 87 - 97%.

Источники информации
1. Prabir basu, Scott A. Fraser "Circulating Fluidised Bed Boilers. Design and Operations." Butterworth-Heinemann, 1991, Toronto.

2. Belin F et.al., "Coal Fired CFB Boiler-Babcoc & Wilcox's Experience", International Joint Power Generation Conference, San Diego, California, October 6-10, 1991.

Сепарационное устройство для улавливания частиц, например за топкой с циркуляционным кипящим слоем, может найти применение в различных областях промышленности. Устройство состоит из нескольких рядов желобков, установленных на выходе из топки, нижние концы которых погружены во вспомогательный слой мелкозернистого материала, находящийся в псевдоожиженном состоянии, организованный в накопительном бункере, и перегрузочного устройства, которое автоматически устанавливает уровень вспомогательного кипящего слоя и осуществляет перегрузку уловленных частиц в топку. В устройстве достигается исключение проскока пылезагазового потока под нижним срезом желобков. 6 ил.

Сепарационное устройство для улавливания твердых частиц из газопылевого потока, состоящее из желобов, установленных в несколько рядов на выходе из топки, накопительного бункера с псевдоожиженным слоем из уловленных частиц и устройством возврата, поддерживающего высоту псевдоожиженного слоя на постоянном уровне и отводящего излишек частиц в нижнюю часть топки, отличающееся тем, что нижние концы желобов заглублены в псевдоожиженный слой уловленных частиц.