ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОРНЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2011 года по МПК B04C5/08 

Область техники

Изобретение относится к центробежным сепараторам для отделения твердых частиц от технологического и получаемого газов реакторов с псевдоожиженным слоем, особенно реакторов с циркулирующим псевдоожиженным слоем, используемых для сжигания или газификации топлива.

Изобретение, в частности, относится к центробежному сепараторному узлу, содержащему многоугольную сепараторную камеру, сформированную из плоских стеночных секций, соединенных друг с другом для образования по существу газонепроницаемой конструкции, имеющей, по меньшей мере, четыре пары плоских противоположных стеночных секций, камеру, включающую коническую часть, сформированную благодаря наличию первого изгиба внутрь каждой из стеночных секций, причем коническая часть продолжается как выпускной канал для отделенных частиц из сепараторной камеры, причем указанный выпускной канал сформирован за счет того, что первая и вторая пары противоположных стеночных секций перпендикулярны друг другу согласно преамбуле п.1.

Предпосылки изобретения

Известно производство цилиндрических циклонов реакторов с псевдоожиженным слоем, как охлаждаемых конструкций, сформированных из параллельных водяных труб и имеющих коническое дно. Для получения стеночной конструкции из водяных труб цилиндрической формы и для соединения ее с окружающей конструкцией требуется много ручного труда, который мог бы быть минимизирован при использовании по существу плоских стенок.

Патент США №2007079773 описывает прямоугольный циклон, в связи с реактором с псевдоожиженным слоем, изготовленный из трубчатых стенок. Конструкция конической части циклона такова, что каждая из стеночных секций имеет уменьшающуюся ширину, то есть она имеет треугольную форму, и ее кромки соединены со смежными кромками другой стеночной секции.

Документ WO 2004063626 показывает теплообменную камеру, имеющую корпус с конической частью вертикальной многоугольной теплообменной камеры, имеющей больше четырех сторон с простыми панелями из водяных труб, таким образом, что различные суживающиеся части могут одновременно суживаться внутрь более чем в одном горизонтальном направлении и так, что ширина всех панелей из водяных труб остается по существу однородной в суживающихся частях. В вариантах применения, где камера представляет собой циклонный сепаратор реактора с псевдоожиженным слоем, выпускное отверстие для отделенных твердых частиц остается существенно широким в поперечном сечении. Было также отмечено, что форма конических частей может быть усовершенствована.

Целью изобретения является получение центробежного сепараторного узла, который имеет коническую часть и канал для выпуска отделенных частиц из сепаратора, и который, таким образом, занимает меньше пространства и лучше приспосабливается к требованиям работы с твердым материалом в реакторе с псевдоожиженным слоем и его вспомогательном оборудовании.

Описание изобретения

Цели изобретения достигнуты по существу как описано в п.1 формулы изобретения. Другие пункты предоставляют дополнительные детали различных вариантов осуществления изобретения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения центробежный сепараторный узел содержит многоугольную сепараторную камеру, сформированную из плоских стеночных секций, соединенных друг с другом для получения по существу газонепроницаемой конструкции, и имеющую, по меньшей мере, четыре пары плоских противоположных стеночных секций, причем камера включает коническую часть, сформированную первым изгибом внутрь каждой из стеночных секций, при этом коническая часть продолжается как выпускной канал для отделенных частиц из сепараторной камеры, причем выпускной канал сформирован за счет того, что первая и вторая пары противоположных стеночных секций, по существу перпендикулярны друг другу. Отличительным признаком изобретения является то, что в выпускном канале для отделенных частиц первая пара стеночных секций проходит в область между стеночных секций второй пары.

Таким образом, расстояние между противоположных стеночных секций первой пары меньше ширины второй пары противоположных стеночных секций в области выпускного канала. Предпочтительно, первая пара стеночных секций проходит в направлении сужения в область между стеночных секций второй пары.

Это позволяет иметь существенно малую площадь поперечного сечения выпускного канала, что упрощает обращение с отделенными частицами.

Предпочтительно, имеются газовый затвор и средство для введения псевдоожижающего газа в связи с нижней частью первой пары противоположных стеночных секций. При этом зазор между выпускным отверстием для отделенных частиц и газовым затвором в возвратном канале очень мал, и, таким образом, количество накапливающихся твердых частиц также мало. Эта конструкция дает преимущество меньшей нагрузки на конструкцию, вызываемой весом частиц.

Первая пара противоположных стеночных секций и вторая пара противоположных стеночных секций включают первый изгиб и второй изгиб для формирования конической части. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения расстояние между первым и вторыми изгибами в первой паре стеночных секций больше, чем расстояние между первым и вторыми изгибами во второй паре стеночных секций.

Предпочтительно, каждая стеночная секция имеет постоянную ширину по длине сепараторной камеры. Это дает преимущество, заключающееся в том, что все трубы в стеночной секции могут проходить по всей длине стеночной секции, то есть нет необходимости в изъятии труб, как в случае, если бы стеночная секция суживалась.

Согласно варианту осуществления изобретения первая пара стеночных секций имеет симметричные изгибы. Таким образом, вертикальное пространство, требуемое для конической части сепаратора, минимизировано.

Стеночные секции, предпочтительно, содержат по существу равномерно отстоящие друг от друга трубы для создания потока теплопередающей среды через стеночные секции при использовании.

Предпочтительно, все стеночные секции имеют равную ширину. Таким образом, конструкция упрощена и способствует модульному производству.

Благодаря настоящему изобретению можно построить циклонный сепаратор из плоских стенок по существу постоянной ширины и с по существу всеми трубами стеночной конструкции, проходящими по всей длине.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение будет описано со ссылками на сопровождающие схематические чертежи, на которых:

фиг.1 - вид центробежного сепараторного узла согласно варианту осуществления изобретения,

фиг.2 - вид горизонтального поперечного сечения, выполненного по линии II-II на фиг.1,

фиг.3 - вид горизонтального поперечного сечения, выполненного по линии III-III на фиг.1,

фиг.4 - вид горизонтального поперечного сечения, выполненного по линии IV-IV на фиг.1,

фиг.5 - вид горизонтального поперечного сечения, выполненного по линии V-V на фиг.1,

фиг.6 - вид вертикального сечения, выполненного по линии VI-VI на фиг.1,

фиг.7 - вид центробежного сепараторного узла согласно другому варианту осуществления изобретения, и

фиг.8 - вид детали 100 на фиг.1.

Подробное описание чертежей

На фиг.1-6 показан центробежный сепараторный узел 10 согласно варианту осуществления изобретения. Сепараторный узел содержит сепараторную камеру 15, окруженную плоскими стеночными секциями 20. Поперечное сечение сепараторной камеры представляет собой восьмиугольник, и она содержит четыре пары противоположных стеночных секций 20.11, 20.12; 20.21, 20.22; 20.31, 20.32; 20.41, 20.42. Стеночные секции изготовлены, например, посредством соединения смежных труб 25 друг с другом при помощи ребра 30 известным по сути образом для формирования газонепроницаемой конструкции. Предпочтительно, каждая стеночная секция имеет постоянную ширину W по длине сепараторной камеры 15. Таким образом, стеночные секции могут быть легко предварительно изготовлены одинаковым способом.

Каждая стеночная секция снабжена коллекторами 40 на ее концах, с которыми соединены трубы. Могут применяться общие коллекторы, предназначенные для нескольких стеночных секций, но предпочтительно каждая стеночная секция снабжена индивидуальными коллекторами (входным и выходным). Стеночные секции соединены с циркуляцией среды электростанции (не показана), разработанной индивидуально для каждого случая. Такая циркуляция среды в типичном случае представляет собой паровой цикл станции.

На первом конце сепаратора, который является верхним концом, смежные стеночные секции 20 согнуты внутрь к центральной оси таким образом, что образовано выпускное отверстие 35 для газа, имеющее меньшую площадь сечения, чем площадь сечения сепараторной камеры 15. Внутренняя поверхность стеночных секций, предпочтительно, облицована пригодным термостойким и износостойким покрытием 26, таким образом, что поперечное сечение газового пространства становится по существу круглым, или, по меньшей мере, углы, сформированные при соединении смежных стеночных секций друг с другом, сглажены, делая внутреннюю поверхность по существу гладкой.

Сепаратор снабжен входным отверстием 45 для газа, через который горячий газ и захваченные им частицы могут поступать в газовую камеру 15 циклона при использовании.

Узел центробежной сепараторной камеры также включает коническую часть 50 на его втором конце, сформированную загнутыми внутрь частями стеночных секций 20. Коническая часть образует переход от восьмиугольного поперечного сечения сепараторной камеры 50 к прямоугольной форме выпускного канала для отделенных частиц. До первого изгиба 22, то есть в районе стеночных секций выше линии изгиба, поперечное сечение камеры является восьмиугольным, как можно видеть на фиг.2, которая показывает вид сечения по линии II-II на фиг.1. Стеночные секции показаны для ясности главным образом сплошной линией, но на практике стенку, в типичном случае, изготовляют из смежных труб 25, имеющих ребра 30 между ними.

Каждая стеночная секция 20 снабжена первым изгибом 22 в одном продольном (вертикальном) положении, при этом линии изгиба находятся на одном уровне. Первая и вторая пары плоских противоположных стеночных секций 20.11, 20.12; 20.21, 20.22, между которыми расположены третья и четвертая пары плоских противоположных стеночных секций 20.31, 20.32; 20.41, 20.42, согнуты к центральной линии CL сепараторной камеры 15 под углом, который больше угла, под которым согнуты третья и четвертая пары плоских противоположных стеночных секций. Третья и четвертая пары стеночных секций загнуты на кромки первой и второй пар стеночных секций, покрывая клиновидный район между ними. На фиг.3 показан вид в сечении, выполненном по линии III-III на фиг.1, который показывает, что первая и вторая пары плоских противоположных стеночных секций 20.11, 20.12; 20.21, 20.22 находятся ближе к центральной оси сепараторной камеры.

По меньшей мере, первая и вторая пары плоских противоположных стеночных секций 20.11, 20.12; 20.21, 20.22 снабжены вторым изгибом 23, 23', в котором стеночные секции согнуты обратно наружу от центральной линии сепараторной камеры. На фиг.4 показан вид сечения по линии IV-IV на фиг.1, показывающий ситуацию непосредственно перед тем, как кромки первой и второй пар стеночных секций достигают друг друга, и вторая пара стеночных секций 20.21, 20.22 будет снабжена вторым изгибом 23. Предпочтительно, стеночные секции перед первым изгибом и после второго изгиба находятся в параллельных плоскостях. Другими словами, области вне района между изгибами находятся в параллельных плоскостях. Расстояние между первым изгибом 22 и вторым изгибом 23' первой пары стеночных секций 20.11, 20.12 сделано большим, чем расстояние между первым изгибом 22 и вторым изгибом 23 второй пары стеночных секций 20.21, 20.22. Таким образом, первая пара стеночных секций 20.11, 20.12 проходит в направлении сужения в область между второй парой стеночных секций 20.21, 20.22. Это показано на фиг.5. Первая пара стеночных секций 20.11, 20.12 проходит между второй парой стеночных секций 20.21, 20.22, формируя прямоугольный канал между ними. Кромки 24 первой пары стеночных секций образуют по существу газонепроницаемое соединение с поверхностью 26 второй пары стеночных секций. Таким образом, размеры сечения канала могут гибко регулироваться для каждого варианта применения.

Первая и вторая пары плоских стеночных секций формируют выпускной канал для отделенных частиц, как продолжение конической части. Третья и четвертая пары плоских стенок 20.31, 20.32; 20.41, 20.42 могут иметь второй изгиб 23 в том же местоположении, что и у второй пары стеночных секций, и могут проходить далее вниз, но это не влияет на внутреннюю форму конической части сепараторной камеры.

На фиг.1 и 6 показан вид сечения по линии VI-VI на фиг.1, показывающий, что первая и вторая пары противоположных стеночных секций проходят далее вниз от второго изгиба 23' первой пары противоположных стеночных секций, таким образом, формируя прямоугольный выпускной канал 52. Первая пара стеночных секций 20.11, 20.12 соединена приблизительно в их концевом районе между второй парой стеночных секций 20.21, 20.22, формируя донную часть 55. Донная часть 55 снабжена газовым затвором 60 и средством 65 для введения псевдоожижающего газа в концевой район канала, содержащий воздушную камеру и газовые сопла. Деталь 100 донной части 55 показана более подробно на фиг.8. Газовый затвор получен посредством снабжения открытого района стеночной секции 21.11 изогнутыми трубами 60.1, отступающими от общей плоскости стенки известным образом. Поток отделенных частиц через газовый затвор показан стрелкой S на фиг.8. Высота прямоугольного канала между донной частью 55 и конической частью, предпочтительно, ограничена высотой, которая достаточна для обеспечения действия и существования газового затвора, что на практике означает способность псевдоожижать частицы в донной части 55.

Также возможно выполнение сепаратора без газового затвора, как показано на фиг.7. Центробежный сепараторный узел 10 на фиг.7 отличается от показанного на фиг.1 изгибами первой и второй пар стеночных секций на их нижних концах. Первая пара стеночных секций также формирует две стенки возвратного канала, проходящего, например, к нижней части реактора с псевдоожиженным слоем (не показан). Часть второй пары стеночных секций 20.21, 20.22 формирует две другие стенки возвратного канала, имеющие трубы, изогнутые для следования возвратному каналу.

Очевидно, что изобретение не ограничено упомянутыми выше примерами, но может быть осуществлено во многих различных вариантах его осуществления в рамках объема идеи изобретения. Также ясно, что детали, упомянутые в связи с вариантом осуществления изобретения, могут использоваться в другом варианте, когда это выполнимо.

Изобретение предназначено для отделения твердых частиц от газов. Центробежный сепараторный узел содержит многоугольную сепараторную камеру, сформированную из плоских стеночных секций, соединенных друг с другом для получения по существу газонепроницаемой конструкции, и имеющую, по меньшей мере, четыре пары плоских противоположных стеночных секций. Камера включает в себя коническую часть, образованную первым изгибом внутрь каждой из стеночных секций. Коническая часть продолжается как выпускной канал для отделенных частиц из сепараторной камеры. Выпускной канал сформирован за счет того, что первая и вторая пары противоположных стеночных секций перпендикулярны друг другу. В выпускном канале для отделенных частиц первая пара стеночных секций проходит в область между стеночных секций второй пары. Технический результат: компактность. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Центробежный сепараторный узел (10), содержащий многоугольную сепараторную камеру (15), сформированную из плоских стеночных секций, соединенных друг с другом для получения, по существу, газонепроницаемой конструкции, и имеющую, по меньшей мере, четыре пары плоских противоположных стеночных секций (20.11, 20.12; 20.21, 20.22; 20.31, 20.32; 20.41, 20.42), причем камера включает в себя коническую часть (50), сформированную за счет первого изгиба (22) внутрь каждой из стеночных секций и продолжающуюся как выпускной канал (52) для отделенных частиц из сепараторной камеры (15), причем выпускной канал сформирован за счет того, что первая и вторая пары противоположных стеночных секций (20.11, 20.12; 20.21, 20.22) перпендикулярны друг другу, отличающийся тем, что в выпускном канале (52) для отделенных частиц первая пара стеночных секций (20.11, 20.12) проходит в область между стеночных секций (20.21, 20.22) второй пары.

2. Центробежный сепараторный узел (10) по п.1, отличающийся тем, что расстояние между противоположными стеночными секциями (20.11, 20.12) первой пары в районе выпускного канала меньше, чем ширина второй пары противоположных стеночных секций (20.21, 20.22).

3. Центробежный сепараторный узел (10) по п.1, отличающийся тем, что имеются газовый затвор (60) и средство (65) для введения псевдоожижающего газа, расположенные в нижней части первой пары противоположных стеночных секций (20.11, 20.12).

4. Центробежный сепараторный узел по п.1, отличающийся тем, что первая пара противоположных стеночных секций и вторая пара противоположных стеночных секций имеют второй изгиб (23), причем расстояние между первым и вторым изгибами (22; 23) первой пары стеночных секций (20.11, 20.12) больше, чем расстояние между первым и вторым изгибами второй пары стеночных секций (20.21, 20.22).

5. Центробежный сепараторный узел по п.1, отличающийся тем, что каждая стеночная секция имеет постоянную ширину (W) по длине сепараторной камеры.

6. Центробежный сепараторный узел по п.1, отличающийся тем, что первая пара стеночных секций (20.11, 20.12) проходит в направлении сужения в область между стеночными секциями (20.21, 20.22) второй пары.

7. Центробежный сепараторный узел по п.1, отличающийся тем, что стеночные секции (20.11, 20.12) первой пары имеют симметричные первые изгибы.

8. Центробежный сепараторный узел по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что стеночные секции содержат, по существу, равномерно отстоящие друг от друга трубы (25) для создания потока теплопередающей среды через стеночные секции при использовании.

9. Центробежный сепараторный узел по п.1, отличающийся тем, что все стеночные секции (20.11, 20.12; 20.21, 20.22; 20.31, 20.32; 20.41, 20.42) имеют равную ширину (W).

10. Центробежный сепараторный узел по п.1, отличающийся тем, что в выпускном канале (52) кромки (24) первой пары стеночных секций, по существу, газонепроницаемо соединены с поверхностью (26) второй пары стеночных секций.

11. Центробежный сепараторный узел по п.1, отличающийся тем, что первые изгибы (22) каждой стеночной секции находятся в одной плоскости.

12. Центробежный сепараторный узел по п.1 или 2, отличающийся тем, что первая пара противоположных стеночных секций и вторая пара противоположных стеночных секций включают в себя второй изгиб (23), при этом стеночные секции до первого изгиба и после второго изгиба параллельны.