ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ КОТЛА С ЦИРКУЛИРУЮЩИМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ Российский патент 2001 года по МПК B04C5/08 

Настоящее изобретение относится к центробежному сепаратору для котла с циркулирующим псевдоожиженным или кипящим слоем.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к центробежному сепаратору смеси газа с твердыми частицами, предназначенному для котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем.

Известен центробежный сепаратор, содержащий верхнюю часть постоянного поперечного сечения, образованную первой стенкой и содержащую в своей верхней части канал подвода смеси газа и твердых частиц, и канал выхода газа, нижнюю часть, имеющую уменьшающееся в направлении вниз поперечное сечение и образованную второй стенкой, содержащую в своей нижней части канал выхода для твердых частиц (патент FR 2451226, кл. B 04 C 5/08, 1980 г.).

Назначение сепаратора в данном случае состоит в том, чтобы обеспечить разделение фаз смеси газа с находящимися в нем во взвешенном состоянии твердыми частицами. В камере такого сепаратора образуется газовый вихрь, создающий центробежную силу. Эффективность сепаратора подобного типа зависит от скорости движения смеси в подводящем канале, а также от внутреннего диаметра данного сепаратора и от его высоты, обуславливающей время нахождения смеси в сепараторе.

Для того чтобы уменьшить стоимость такого сепаратора, в частности сепаратора, соединенного с котлом с циркулирующим псевдоожиженным или кипящим слоем, можно таким образом увеличить скорость движения смеси, подлежащей разделению на его входе и соответственно в корпусе этого сепаратора, что обеспечивает уменьшение его диаметра.

Однако слишком большая скорость подлежащей разделению смеси может иметь и негативные последствия, особенно в том случае, когда смесь имеет высокую концентрацию твердых частиц, как это имеет место в циркулирующих псевдоожиженных слоях. Действительно, газовый поток, проходящий с высокой скоростью, имеет тенденцию снова увлекать за собой твердые частицы, уже осажденные на стенках сепаратора, что приводит, таким образом, к потере эффективности сепарации.

Кроме того, слишком высокая скорость движения подлежащей сепарации смеси приводит к увеличению степени эрозии стенок сепаратора и к возрастанию потерь давления.

Предлагаемое изобретение решает упомянутые выше проблемы повторного увлечения в движущийся поток уже осажденных на стенках данного сепаратора частиц твердого вещества. Для достижения этой цели в соответствии с данным изобретением упомянутые стенки сепаратора снабжены на своей внутренней поверхности по меньшей мере одной канавкой захвата твердых частиц, направленной вниз. Глубина этой канавки имеет величину, составляющую от 1 до 20% внутреннего диаметра верхней части данного сепаратора, а ширина канавки захвата имеет величину, заключенную в диапазоне от 2 до 10% внутреннего периметра верхней части данного сепаратора.

Упомянутая канавка захвата твердых частиц служит, с одной стороны, для захвата этих твердых частиц, попадающих на стенку сепаратора под действием центробежных сил, а с другой стороны, служит направляющей канавкой для движения захваченных твердых частиц вниз, защищая их при этом от возможного повторного захвата газовым вихрем.

Обычно трубопровод подвода смеси газа и твердых частиц к сепаратору располагается тангенциально к первой его стенке и в соответствии с предпочтительным способом реализации верхний конец упомянутой канавки захвата располагается против этого подводящего трубопровода, обеспечивая таким образом возможность непосредственного захвата прямо на входе в сепаратор большого количества твердых частиц.

Упомянутая канавка захвата может располагаться вертикально или может быть наклонена на угол порядка 60^o по отношению к вертикали.

Упомянутый угол наклона канавки захвата по отношению к вертикали в соответствии с предлагаемым изобретением может изменяться по высоте данного сепаратора.

Сепаратор в соответствии с предлагаемым изобретением может содержать несколько упомянутых выше канавок захвата и эти канавки могут быть равномерно распределены по его периметру или могут отстоять друг от друга на определенное расстояние, возрастающее в направлении движения потока смеси газа и твердых частиц.

Для того чтобы в еще большей степени улучшить этот эффект захвата твердых частиц, упомянутая канавка может быть частично перекрыта на некоторой части своей ширины перегородкой, жестко связанной с краем этой канавки, противоположным направлению движения потока смеси газа и твердых частиц.

В предпочтительном варианте реализации предлагаемого изобретения упомянутая канавка захвата открывается в трубопровод или канал выхода твердых частиц.

Для того чтобы исключить возможность повторного захвата твердых частиц газовым вихрем в нижней части данного сепаратора, упомянутая канавка может быть полностью перекрыта упомянутой перегородкой в нижней части упомянутой нижней зоны данного сепаратора.

Одно из преимуществ предлагаемого изобретения состоит в том, что оно позволяет осуществить отделение твердых частиц в два этапа, то есть при помощи гравитационного падения или падения под действием силы тяжести и центрифугирования, что хорошо подходит для случая использования таких сепараторов в конструкции котлов с циркулирующим псевдоожиженным слоем, где высокая степень наполнения твердыми частицами на входе сепаратора имеет тенденцию создавать разжиженную фазу на стенке, превосходящую плотную фазу.

Упомянутая плотная фаза может быть непосредственно отделена от основного потока во входной части данного сепаратора и, таким образом, может не вносить возмущений в остальную часть потока твердых частиц, то есть способствовать уменьшению эффекта повторного захвата частиц потоком.

Следовательно, сепарация такого типа позволяет расширить поле скоростей, используемых в центрифугировании и повысить таким образом компактность данного сепаратора.

Предлагаемые в данном изобретении способы реализации могут применяться как к сепараторам круглой формы, так и к многоугольным сепараторам.

Полная ширина всех используемых в данном сепараторе канавок имеет величину в диапазоне от 5 до 33% внутреннего периметра данного сепаратора в его верхней части.

Ниже будет дано более подробное описание примеров практической реализации предлагаемого изобретения, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:
фиг. 1 представляет собой схематический вид в вертикальном разрезе первого способа реализации сепаратора в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг. 2 представляет собой вид спереди в вертикальном разрезе, выполненном частично, сепаратора в соответствии с предлагаемым изобретением, выполненного по второму способу реализации;
фиг. 3 представляет собой схематический вид спереди в частичном вертикальном разрезе сепаратора в соответствии с предлагаемым изобретением, выполненного по третьему способу реализации;
фиг. 4 представляет собой схематический вид в горизонтальном разрезе по линии III-III, показанной на фиг. 1;
фиг. 5 представляет собой схематический вид в горизонтальном разрезе, аналогичный виду, показанному на фиг. 4, но относящийся к четвертому способу реализации сепаратора в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг. 6 представляет собой схематический вид в поперечном разрезе канавки захвата;
фиг. 7 представляет собой схематический вид в поперечном разрезе пятого способа реализации сепаратора в соответствии с предлагаемым изобретением.

Центробежный сепаратор в соответствии с предлагаемым изобретением, схематически представленный на приведенных в приложении фигурах, содержит:
верхнюю часть 1 строго постоянного поперечного сечения, имеющую, например, цилиндрическую форму круглого поперечного сечения или прямоугольную в поперечном сечении форму и образованную некоторой первой стенкой 1А. Эта верхняя часть сепаратора содержит в своей верхней части трубопровод или канал подвода 3 смеси газа с твердыми частицами, обычно располагающийся тангенциально по отношению к упомянутой первой стенке 1А, и трубопровод или канал выхода 4 для газа, образованный обычно погруженной трубой;
нижнюю часть 2 с уменьшающимся по направлению вниз поперечным сечением, например конической или призматической формы, образованную некоторой второй стенкой 2А и содержащую в своей нижней части выходной трубопровод или канал 5 для твердых частиц, обычно располагающийся вертикально.

Упомянутые стенки 1А и 2А снабжены на своих внутренних поверхностях канавками 6 и 7 захвата частиц, направленными вниз. Глубина этих канавок является постоянной или возрастает по мере опускания траектории их прохождения по внутренним стенкам данного сепаратора и имеет величину в диапазоне от 1 до 20% внутреннего диаметра упомянутой верхней части 1 данного сепаратора, а их ширина, которая может быть постоянной или переменной по длине данной канавки, имеет величину в диапазоне от 2 до 10% внутреннего периметра упомянутой верхней части 1 данного сепаратора.

В соответствии с тем способом практической реализации предлагаемого изобретения, который схематически представлен на фиг. 1, упомянутые канавки захвата 6 и 7 выполнены вертикальными.

В соответствии со способом реализации, схематически представленным на фиг. 2, где показана только одна канавка захвата 6 для большей ясности рисунка, упомянутые канавки захвата наклонены на некоторый угол α , составляющий менее 60^o по отношению к вертикали. В соответствии с еще одним возможным способом реализации, схематически представленным на фиг. 3, упомянутый угол наклона канавки захвата по отношению к вертикали может составлять 45^o в одной зоне данного сепаратора и 0^o в другой его зоне.

В соответствии с упомянутыми выше способами реализации сепаратора по данному изобретению упомянутые канавки захвата 6 и 7 начинаются в первой части 1, предпочтительно на уровне горизонтальной плоскости симметрии подводящего трубопровода или канала 3, и заканчиваются в выходном трубопроводе или канале 5, предназначенном для отвода сепарированных твердых частиц и располагающемся в нижней части нижней зоны 2 данного сепаратора.

Эти канавки 6 и 7 полностью перекрыты затворной стенкой 14 в самом низу нижней части 2 данного сепаратора. В предпочтительном варианте реализации эти канавки перекрыты таким образом на высоте, примерно равной половине общей высоты упомянутой нижней части 2 данного сепаратора, где количество твердых частиц в этих канавках весьма значительно, где эти канавки таким образом полностью защищены от всякой возможности повторного увлечения этих частиц движущимся потоком газа и где менее значительное количество этих сепарированных твердых частиц может стекать вдоль этой затворной стенки 14.

В соответствии с предлагаемым усовершенствованием данный сепаратор может быть, кроме того, снабжен выходными отверстиями 13 для сепарированных твердых частиц, выполненными вдоль упомянутых канавок 6 и 7. Эти отверстия образуют промежуточные выходы для сепарированных твердых частиц, выполненные еще до обычно используемого выходного канала 5.

На периферийной части сепаратора в соответствии с предлагаемым изобретением упомянутые канавки захвата 6, 7, 8 и 9, как это схематически показано на фиг. 4, отстоят друг от друга на постоянно увеличивающееся расстояние в направлении движения потока газа, в котором во взвешенном состоянии находятся подлежащие сепарации твердые частицы. Это направление представлено на фиг. 4 стрелками. В данном варианте реализации сепаратора в соответствии с предлагаемым изобретением выполнены четыре канавки захвата. В принципе можно выполнить от одной до восьми таких канавок, располагающихся равномерно по периметру верхней части данного сепаратора или смещенных друг относительно друга упомянутым выше образом, причем полная ширина всех этих канавок имеет величину, заключенную в диапазоне от 5 до 33% внутреннего периметра верхней части 1 сепаратора в соответствии с предлагаемым изобретением.

На фиг. 5 схематически представлен способ реализации сепаратора в соответствии с предлагаемым изобретением, содержащего одну-единственную канавку захвата 6'. В соответствии с этим способом реализации верхний конец этой канавки располагается против подводящего канала 3, по которому подается в данный сепаратор смесь газа и твердых частиц. В соответствии с этим способом реализации упомянутая канавка 6' не является радиальной, но имеет поперечную ось, параллельную продольной оси упомянутого подводящего канала 3. Таким образом, эта канавка 6' локализована непосредственно в точке столкновения или удара потока смеси газа с твердыми частицами в стенку данного сепаратора прямо на выходе из упомянутого канала 3, то есть именно там, где скорость движения потока этой смеси является максимальной и максимальной является также количество твердых частиц, подлежащих сепарации при помощи центробежных сил.

В соответствии с усовершенствованием, предлагаемым в данном изобретении и схематически представленном на фиг. 6, одна или несколько канавок захвата 6 частично перекрыты на некоторой части своей ширины перегородкой 10, выполненной заодно с кромкой этой канавки 6А, противоположной направлению движения потока газа, в котором во взвешенном состоянии находятся твердые частицы. При возникновении вихря потока движущейся смеси газа и твердых частиц, схематически показанного стрелкой 12, упомянутые твердые частицы увлекаются в упомянутую канавку 6 в направлении, показанном стрелкой 11, и там эти твердые частицы в максимально возможной степени защищаются от любого возможного повторного увлечения их существующим газовым вихрем.

В соответствии с описанными выше способами реализации предлагаемого изобретения одна или несколько канавок захвата проходят по верхней части 1 данного сепаратора и по нижней его части 2.

Упомянутый центробежный сепаратор или циклон может содержать несколько канавок захвата упомянутого выше типа или несколько канавок какого-либо другого типа.

На фиг. 7 схематически представлен способ реализации сепаратора восьмиугольного поперечного сечения в соответствии с предлагаемым изобретением, причем упомянутое восьмиугольное поперечное сечение имеет его верхняя часть, которая образована только плоскими сторонами 20, соединяемыми друг с другом при помощи канавок 21 захвата твердых частиц.

Упомянутая стенка верхней части сепаратора в соответствии с предлагаемым изобретением образована в данном случае трубками охлаждения 22, внутри которых циркулирует охлаждающая жидкотекучая среда, защищенными изнутри обкладкой из тех или иных огнеупорных материалов.

Упомянутый сепаратор в соответствии с предлагаемым изобретением предназначен, в частности, для оснащения котлов с циркулирующим псевдоожиженным слоем.

Изобретение предназначено для отделения твердых частиц от газа. Центробежный сепаратор содержит верхнюю часть постоянного сечения, образованную некоторой первой стенкой и содержащую в своей верхней части канал подвода смеси газа и твердых частиц, а также содержащую канал выхода газа, нижнюю часть уменьшающегося в направлении вниз сечения, образованную некоторой второй стенкой и содержащую в своей нижней части канал выхода твердых частиц. В соответствии с данным изобретением, по меньшей мере, одна из упомянутых стенок снабжена на своей внутренней поверхности, по меньшей мере, одной канавкой захвата твердых частиц, направленной вниз и имеющей глубину, величина которой заключена в диапазоне от 1 до 20% внутреннего диаметра верхней части данного сепаратора, и имеющей ширину, величина которой заключена в диапазоне от 2 до 10% внутреннего периметра упомянутой верхней части данного сепаратора. В устройстве обеспечивается высокая эффективность сепарации. 11 з.п. ф-лы. 7 ил.

1. Сепаратор, предназначенный для сепарирования смеси газа с твердыми частицами, используемый в котлах с циркулирующим псевдоожиженным слоем, содержащий верхнюю часть (1) постоянного поперечного сечения, образованную некоторой первой стенкой (1А) и содержащую в своей верхней части канал подвода (3) смеси газа и твердых частиц, и канал выхода (4) упомянутого газа, нижнюю часть (2), имеющую уменьшающееся в направлении вниз поперечное сечение и образованную некоторой второй стенкой (2А), содержащую в своей нижней части канал выхода (5) для твердых частиц, отличающийся тем, что упомянутые стенки (1А, 2А) снабжены на своей внутренней поверхности, по меньшей мере, одной канавкой захвата (6, 7, 8, 9) твердых частиц, направленной вниз, причем глубина упомянутых канавок имеет величину, заключенную в диапазоне от 1 до 20% внутреннего диаметра упомянутой верхней части (1) данного сепаратора, а ширина этих канавок имеет величину, заключенную в диапазоне от 2 до 10% периметра внутренней стороны упомянутой верхней части (1) данного сепаратора. 2. Сепаратор в соответствии с п.1, отличающийся тем, что упомянутый канал подвода (3) смеси газа и твердых частиц выполнен тангенциальным по отношению к упомянутой первой стенке (1А) и тем, что верхний конец упомянутой канавки расположен против этого канала подвода (3) смеси газа с твердыми частицами. 3. Сепаратор в соответствии с п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутая канавка является вертикальной. 4. Сепаратор в соответствии с п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутая канавка наклонена на некоторый угол (α), меньший 60^o по отношению к вертикали. 5. Сепаратор в соответствии с любым из приведенных выше пунктов, отличающийся тем, что канавка захвата (6) частично перекрыта на некотором участке ширины этой канавки при помощи стенки (10), жестко связанной с краем этой канавки (6А), противоположным направлению движения потока смеси газа и твердых частиц. 6. Сепаратор в соответствии с любым из приведенных выше пунктов, отличающийся тем, что упомянутая канавка заканчивается в канале (5) выхода твердых частиц. 7. Сепаратор в соответствии с п.6, отличающийся тем, что упомянутая канавка полностью перекрыта стенкой закрытия (14) в нижней части нижней зоны (2) этого сепаратора. 8. Сепаратор в соответствии с любым из приведенных выше пунктов, отличающийся тем, что он содержит несколько упомянутых выше канавок (6, 7, 8, 9). 9. Сепаратор в соответствии с п.8, отличающийся тем, что упомянутые канавки распределены по периметру данного сепаратора. 10. Сепаратор в соответствии с п.8, отличающийся тем, что упомянутые канавки отстоят друг от друга на некоторое расстояние, увеличивающееся в направлении движения потока смеси газа и твердых частиц. 11. Сепаратор в соответствии с любым из пп.8 - 10, отличающийся тем, что полная ширина упомянутых канавок имеет величину, заключенную в диапазоне между 5 и 33% внутреннего периметра верхней части (1) данного сепаратора. 12. Сепаратор в соответствии с п.1, отличающийся тем, что верхняя часть данного сепаратора образована плоскими поверхностями (20), расположенными таким образом, чтобы образовать восьмиугольное поперечное сечение, причем упомянутые поверхности соединены друг с другом при помощи упомянутых канавок захвата (21).