Сепаратор циклонного типа для отделения твердых частиц из высокотемпературного газового потока

Авторы патента:

B04C3/02 - со средствами для нагрева или охлаждения, например для резкого охлаждения

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а также к металлургической, химической и другим отраслям промышленности и может быть использована для очистки высокотемпературных газообразных продуктов сгорания от твердых частиц преимущественно от летучей золы в котлах с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС). Сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус 6 с конусообразной нижней частью 7 для отвода твердых частиц, тангенциальным входным патрубком 8 для подвода запыленного высокотемпературного газового потока и частично расположенным внутри верхней части корпуса 6 по меньшей мере на участке зоны расположения входного патрубка 8 цилиндрическим выхлопным парубком 9 для отвода очищенного газа. Отличие: Для организации охлаждения выхлопного патрубка 9 последний выполнен в виде расположенных по окружности цилиндра продольных прямых U-образных или многозаходно спирально витых труб 10, объединенных со стороны выходного торца патрубка 9 двумя кольцевыми коллекторами 11,12 соответственно для подвода и отвода охлаждающей среды и соединенных вдоль образующих труб 10 дуговыми пластинчатыми проставками 13. На участке выхлопного патрубка 9 ниже зоны расположения входного патрубка 8 между трубами 10 оставлены свободные от проставок 13 проходы 14 или в проставках 13 выполнены окна для пропуска очищенного газа так, чтобы суммарное проходное сечение между трубами 10 или окон в проставках 13 удовлетворяло условию равенства скоростей газа в проходах 14 или указанных окнах и внутри выхлопного патрубка 9. 1 нез., 1 завис, п. ф-лы, 4 ил.

Область техники, к которой относится полезная модель

Уровень техники

Циклонные сепараторы широко известны и применяются в различных отраслях промышленности. В них используется принцип отделения твердых частиц из газового потока за счет центробежных сил, возникающих при вихревом движении потока в цилиндрическом корпусе.

Известен выбранный в качестве ближайшего аналога сепаратор циклонного типа для отделения твердых частиц из высокотемпературного газового потока, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с конусообразной нижней частью для отвода твердых частиц, тангенциальным входным патрубком для подвода запыленного высокотемпературного газового потока и частично расположенным внутри верхней части корпуса по меньшей мере на участке зоны расположения указанного входного патрубка цилиндрическим выхлопным парубком для отвода очищенного газа (RU 2427755, F23B 90/00, 2010, фиг.3). Недостатком указанного известного сепаратора является ненадежная работа из-за быстрого износа и коробления неохлаждаемого выхлопного патрубка для отвода очищенных газов, а также недостаточно эффективное улавливание твердых частиц и повышенное гидравлическое сопротивление выхлопного патрубка из-за высоких скоростей поступающего в него газового потока.

Раскрытие полезной модели

Достигаемым техническим результатом полезной модели является повышение надежности и эффективности работы сепаратора циклонного типа для отделения твердых частиц из высокотемпературного газового потока.

Указанный технический результат обеспечиваются тем, что в сепараторе циклонного типа для отделения твердых частиц из высокотемпературного газового потока, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с конусообразной нижней частью для отвода твердых частиц, тангенциальным входным патрубком для подвода запыленного высокотемпературного газового потока и частично расположенным внутри верхней части корпуса по меньшей мере на участке зоны расположения указанного входного патрубка цилиндрическим выхлопным парубком для отвода очищенного газа, согласно полезной модели выхлопной патрубок выполнен в виде расположенных по окружности цилиндра продольных прямых U-образных или многозаходно спирально витых труб, объединенных со стороны выходного торца патрубка двумя кольцевыми коллекторами соответственно для подвода и отвода охлаждающей среды и соединенных вдоль образующих указанных труб дуговыми пластинчатыми проставками. При этом на участке выхлопного патрубка ниже зоны расположения входного патрубка между трубами оставлены свободные от проставок проходы или в указанных проставках выполнены окна для пропуска очищенного газа так, чтобы суммарное проходное сечение между трубами или окон в проставках удовлетворяло условию равенства скоростей газа в указанных проходах или окнах и внутри выхлопного патрубка.

Причинно-следственная связь между указанным техническим результатом и отличительными признаками полезной модели состоит в том, что выполнение выхлопного патрубка охлаждаемым с указанной выше конструкцией обеспечивает равномерное эффективное охлаждение указанного патрубка при минимальной металлоемкости охлаждающего средства, что предотвращает коробление патрубка и позволяет увеличить его диаметр для уменьшения скорости газового потока с соответствующим снижением гидравлического сопротивления указанного патрубка. Организация боковых проходов в нижней части выхлопного патрубка с проходным сечением, равным проходному сечению внутри патрубка, исключает турбулизацию потока на входе в него, что дополнительно уменьшает его гидравлическое сопротивление.

Краткое описание фигур чертежа

На фиг.1 изображена в качестве одного из примеров принципиальная схема котла с ЦКС, оборудованного сепаратором циклонного типа согласно полезной модели в варианте с использованием для образования выхлопного патрубка прямых U-образных охлаждающих труб; на фиг.2 - возможное выполнение указанного сепаратора с использованием для образования выхлопного патрубка многозаходно спиральновитых охлаждающих труб; на фиг.3 - нижняя часть выхлопного патрубка указанного сепаратора в варианте фиг.1 в увеличенном масштабе; на фиг.4 - разрез по А-А фиг.3.

Подробное описание полезной модели

Подробное описание полезной модели выполнено для примера котла с ЦКС (фиг.1). Котел содержит топочную камеру 1, сепаратор 2 циклонного типа для отделения твердых частиц из высокотемпературного газового потока, опускной стояк 3 со слоевым затвором 4 и соединяющую сепаратор 2 с топочной камерой 1 возвратную течку 5 контура циркуляции твердых золовых частиц. Сепаратор 2 (фиг.1, 2) согласно полезной модели содержит вертикальный цилиндрический корпус 6 с конусообразной нижней частью 7 для отвода твердых частиц, тангенциальным входным патрубком 8 для подвода запыленного высокотемпературного газового потока и частично расположенным внутри верхней части корпуса 6 по меньшей мере на участке зоны расположения указанного входного патрубка 8 цилиндрическим выхлопным парубком 9 для отвода очищенного газа. Для организации охлаждения выхлопного патрубка 9 последний выполнен в виде расположенных по окружности цилиндра (фиг.3) продольных прямых (фиг.1, 3) U-образных или многозаходно спирально витых (фиг.2) труб 10, объединенных со стороны выходного торца патрубка 9 двумя кольцевыми коллекторами 11 и 12 соответственно для подвода и отвода охлаждающей среды, например, водяного пара. Трубы 10 вдоль своих образующих соединены дуговыми пластинчатыми проставками 13 с образованием газоплотной цилиндрической стенки патрубка 9. На участке длиной L (фиг.3) выхлопного патрубка 9 ниже зоны расположения входного патрубка 8 между трубами 10 оставлены свободные от проставок 13 проходы 14 или в указанных проставках могут быть выполнены окна для пропуска очищенного газа (на чертеже не показано) так, чтобы суммарное проходное сечение между трубами 10 или окон в проставках 13 удовлетворяло условию равенства скоростей газа в указанных проходах или окнах и внутри выхлопного патрубка 9.

Работа сепаратора согласно полезной модели

Сепаратор согласно полезной модели работает следующим образом. Из топочной камеры 1 котла с ЦКС во входной патрубок 8 сепаратора 2 поступает поток газообразных продуктов сгорания с частицами золы и недогоревшего кокса. За счет закрутки потока внутри цилиндрического корпуса 6 сепаратора 2 в зоне входного патрубка 8 образуется тангенциально направленный поток с преимущественным движением частиц у стен по спирали вниз. Внутри корпуса 6 на высоте входного патрубка 8 газовый поток также движется по спирали вниз и его поступление в выхлопной патрубок 9 невозможно, так как он выполнен в виде газоплотного цилиндра из труб 10 с проставками 13. При дальнейшем движении вниз очищенный от твердых частиц газовый поток проходит в проходы 14 между трубами 10 или в необозначенные на чертеже окна в проставках 13 в нижней части длиной L выхлопного патрубка 9 и к нижнему открытому его торцу. В результате равномерного прохода газов в выхлопной патрубок 9 не образуется значительной зоны обратного потока у его открытого торца. При этом скорости в проходах 14 между трубами 10 или в указанных окнах в проставках 13 нижней части длиной L выхлопного патрубка 9 равны скорости в открытом его торце. Это приводит к снижению вторичного уноса частиц и, как следствие, к повышению эффективности их улавливания при снижении сопротивления сепаратора 2. Уловленные частицы, двигаясь вниз в конусообразной части 7 сепаратора 2, через опускной стояк 3 со слоевым затвором 4 и возвратную течку 5 поступают в топочную камеру 1 котла с ЦКС.

1. Сепаратор циклонного типа для отделения твердых частиц из высокотемпературного газового потока, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с конусообразной нижней частью для отвода твердых частиц, тангенциальным входным патрубком для подвода запыленного высокотемпературного газового потока и частично расположенным внутри верхней части корпуса, по меньшей мере, на участке зоны расположения указанного входного патрубка цилиндрическим выхлопным парубком для отвода очищенного газа, отличающийся тем, что выхлопной патрубок выполнен в виде расположенных по окружности цилиндра продольных прямых U-образных или многозаходно спирально витых труб, объединенных со стороны выходного торца патрубка двумя кольцевыми коллекторами соответственно для подвода и отвода охлаждающей среды и соединенных вдоль образующих указанных труб дуговыми пластинчатыми проставками.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что на участке выхлопного патрубка ниже зоны расположения входного патрубка между трубами оставлены свободные от проставок проходы или в указанных проставках выполнены окна для пропуска очищенного газа так, чтобы суммарное проходное сечение между трубами или окон в проставках удовлетворяло условию равенства скоростей газа в указанных проходах или окнах и внутри выхлопного патрубка.

Котел с циркулирующим кипящим слоем // 116968