Устройство и способ для разделения газа и твердых частиц
Изобретение относится к способу и устройству сепаратора газа и твердых частиц, в котором колпачок расположен поперек верхнего по направлению движения конца завихряющих лопастей в циклонном сепараторе для защиты лопастей от эрозии под действием быстрых твердых частиц. Колпачок может проходить радиально по меньшей мере по всей протяженности завихрителя и радиально поперек верхнего по направлению движения конца всех завихряющих лопастей. Циклонный сепаратор содержит корпус циклона; завихритель, расположенный на верхнем по направлению движения конце корпуса циклона; выпускное отверстие для газа, расположенное по центру на нижнем по направлению движения конце корпуса циклона; выпускное отверстие для твердых частиц, расположенное периферийно на нижнем по направлению движения конце корпуса циклона; колпачок, проходящий радиально поперек верхнего по направлению движения конца завихрителя; множество завихряющих лопастей, заворачивающихся вокруг втулки, расположенной на верхнем по направлению движения конце корпуса циклона, причем указанный колпачок проходит радиально поперек верхнего по направлению движения конца всех завихряющих лопастей и выступ, прикрепленный ко втулке и колпачку для фиксации колпачка над втулкой. Сепаратор обладает повышенной стойкостью к эрозии и пониженными потребностями в техническом обслуживании. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Право приоритета
Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США № 15/721,884, поданной 30 сентября 2017 г., содержание которой полностью включено в настоящий документ путем ссылки.
Область изобретения
Область изобретения относится к сепараторам газа и твердых частиц, пригодным для применения в установках каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором.
Описание известного уровня техники
Каталитический крекинг с псевдоожиженным катализатором (FCC) - широко используемая технология, в которой тяжелые углеводороды, подаваемые в качестве исходного сырья, приводят в контакт с катализатором при повышенной температуре в основном реакторе для получения более легких углеводородных продуктов. В процессе крекинга активность катализатора постепенно снижается из-за осаждения кокса на гранулах катализатора. Для восстановления активности катализатора отработанный катализатор непрерывно отводят из основного реактора через вертикальную трубу отработанного катализатора и подают в секцию регенерации катализатора, в которой происходит сгорание для выжигания коксовых отложений. Затем регенерированный катализатор возвращают в стояк основного реактора для повторного приведения в контакт с подаваемыми тяжелыми углеводородами и повторения процесса крекинга. Дымовой газ, образующийся в результате сгорания в секции регенерации катализатора, собирают внутри расположенного выше по направлению движения коллектора и, в зависимости от температуры дымового газа, обычно либо подают в дымоход для выпуска в атмосферу, либо расширяют посредством одной или более турбин для рекуперации энергии.
Дымовой газ, образующийся при сгорании в секции регенерации катализатора, неизбежно захватывает частицы катализатора. Секция регенерации катализатора часто оснащена циклонными сепараторами первой и второй ступеней, которые в совокупности выполнены с возможностью относительно легкого удаления из потока дымового газа более крупных частиц катализатора, средний диаметр которых превышает 50 мкм и часто приближается к 100 мкм и более. Однако более мелкие частицы катализатора со средним диаметром менее 50 мкм, часто все еще захвачены в потоке дымового газа, отводимом из секции регенерации катализатора. Эти более мелкие частицы катализатора напоминают песчинки и обычно называются «катализаторной пылью». Если абразивную катализаторную пыль не удалить из потока дымового газа (по меньшей мере большую ее часть), она может вызвать постепенную эрозию компонентов, расположенных ниже по направлению движения после секции регенерации катализатора, таких как лопасти турбины, включенной в состав блока рекуперации энергии. Поэтому катализаторную пыль желательно удалять для предотвращения или по меньшей мере сведения к минимуму такой эрозии и/или для уменьшения количества выбрасываемых в атмосферу твердых частиц для соблюдения действующего природоохранного законодательства.
Для удаления катализаторной пыли из потока дымового газа, подаваемого из секции регенерации катализатора, были разработаны сепараторы газа и твердых частиц, обычно называемые сепараторами третьей ступени или «TSS». Одним из наиболее эффективных типов сепараторов TSS является сосуд, включающий в себя ряд прямоточных циклонных сепараторов, такой как разработанный и поставляемый на рынок компанией UOP, LLC со штаб-квартирой в г. Дес-Плейнс, штат Иллинойс, США. Отдельный прямоточный циклонный сепаратор может быть выполнен с возможностью удаления значительного количества мелких твердых частиц из потока дымового газа, проходящего через сепаратор. Отмечалось, что в ходе непрерывной эксплуатации на протяжении длительного периода времени порядка нескольких лет в циклонном сепараторе может произойти значительная эрозия. В случае достаточно серьезной степени такой эрозии может потребоваться локализованный ремонт или замена всего циклонного сепаратора, вследствие чего может понадобиться отключение сепаратора TSS и, возможно, блока FCC в целом.
Таким образом, желательно обеспечить варианты осуществления сепаратора газа и твердых частиц, пригодного для применения в сепараторе третьей ступени в составе установки каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором, обладающего повышенной стойкостью к эрозии и пониженными потребностями в техническом обслуживании по сравнению с обычными сепараторами третьей ступени.
Изложение сущности изобретения
Предложены варианты осуществления сепаратора газа и твердых частиц для отделения твердых частиц от потока газа. Для предотвращения непосредственного контакта катализаторной пыли с завихряющими лопастями в сепараторе предусмотрен колпачок, расположенный выше по направлению движения перед циклонным сепаратором.
Краткое описание графических материалов
Далее настоящее изобретение будет описано в сочетании со следующими чертежами, на которых аналогичные цифровые обозначения обозначают аналогичные элементы.
На фиг. 1 представлен упрощенный вид в поперечном сечении сепаратора газа и твердых частиц, включающего в себя множество циклонных сепараторов и изображенного в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 представлен вид в поперечном сечении части сепаратора газа и твердых частиц, показанного на фиг. 1, на котором более подробно изображен пример осуществления одного из циклонных сепараторов.
На фиг. 3 представлен вид в горизонтальной проекции части сепаратора газа и твердых частиц, показанного на фиг. 1.
Подробное описание
На фиг. 1 представлен упрощенный вид в поперечном сечении сепаратора 10 газа и твердых частиц, изображенного в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. В процессе работы сепаратор 10 газа и твердых частиц удаляет твердые частицы, захваченные потоком газа, например, для уменьшения количества твердых частиц, выбрасываемых в атмосферу, и/или для сведения к минимуму эрозии расположенного ниже по направлению движения оборудования, такого как одна или более турбин, включенных в состав детандерной установки для рекуперации энергии. Сепаратор 10 газа и твердых частиц особенно хорошо подходит для применения в качестве сепаратора, включенного в состав блока каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором (FCC), и в частности в качестве сепаратора третьей ступени (TSS), который принимает поток дымового газа из секции регенерации катализатора FCC, в котором захвачены относительно мелкие частицы катализатора, используемого в процессе FCC. Пример системы FCC, в которой сепаратор 10 можно использовать в качестве сепаратора TSS, описан в US 6,673,133 B2. Несмотря на это, следует подчеркнуть, что сепаратор 10 можно использовать в любой области применения, системе или платформе, в которых требуется удаление твердых частиц или мусора из потока газа с помощью непрерывного процесса разделения, не требующего особого технического обслуживания.
Согласно примеру осуществления, изображенному на фиг. 1, сепаратор 10 газа и твердых частиц включает в себя сосуд 12, имеющий впускное отверстие 14 для дымового газа, выпускное отверстие 16 для чистого газа и отверстие 18 для отвода захваченных твердых частиц. Трубные решетки 20 и 22, расположенные выше и ниже по направлению движения, установлены внутри оболочки сосуда 12 и образуют вместе с ней камеру 24 дымового газа, камеру 26 чистого газа и камеру 28 захваченных твердых частиц между камерой 24 дымового газа и камерой 26 чистого газа. Камера 24 дымового газа, камера 26 чистого газа и камера 28 захваченных твердых частиц соединены по текучей среде с впускным отверстием 14 для дымового газа, выпускным отверстием 16 для чистого газа и отверстием 18 для отвода захваченных твердых частиц соответственно. Таким образом, расположенная выше по направлению движения трубная решетка 20 ограничивает расположенную ниже по направлению движения часть камеры 24 дымового газа; расположенные выше и ниже по направлению движения трубные решетки 20 и 22 ограничивают расположенные выше и ниже по направлению движения части камеры 28 захваченных твердых частиц соответственно; и расположенная ниже по направлению движения трубная решетка 22 ограничивает расположенную выше по направлению движения часть камеры 26 чистого газа. Другими словами, расположенная выше по направлению движения трубная решетка 20 разделяет камеру 24 дымового газа и камеру 28 захваченных твердых частиц, а расположенная ниже по направлению движения трубная решетка 22 разделяет камеру 28 захваченных твердых частиц и камеру 26 чистого газа. Как показано на фиг. 1, каждая из расположенных выше и ниже по направлению движения трубных решеток 20 и 22 может иметь форму по существу конической стенки, которая проходит радиально внутрь от внутренней периферийной поверхности сосуда 12 и разделяет внутреннюю часть сосуда 12 на камеры 24, 26 и 28, как описано выше.
Множество циклонных сепараторов 30 установлены внутри сосуда 12 и проходят от расположенной выше по направлению движения трубной решетки 20 к расположенной ниже по направлению движения трубной решетке 22. В качестве конкретного примера, не имеющего ограничительного характера, сепаратор 10 газа и твердых частиц может включать в себя от 8 до 200 таких сепараторов 30, которые распределены по окружности вокруг продольной оси сосуда 12 с образованием коллектора сепарации. Продольные оси циклонных сепараторов 30 могут быть по существу параллельными продольной оси сосуда 12; кроме того, в вариантах осуществления, в которых сосуд 12 имеет вертикальную ориентацию, сепараторы 30 могут также иметь вертикальную ориентацию. Таким образом, циклонные сепараторы 30 проходят в общем в вертикальном направлении через камеру 28 захваченных твердых частиц с обеспечением возможности сообщения по текучей среде из камеры 24 дымового газа в камеру 26 чистого газа. Кроме того, каждый циклонный сепаратор 30 включает в себя одно или более отверстий однонаправленного потока (в настоящем документе называемых «отверстиями обратных клапанов»), которые соединяют по текучей среде камеру 24 дымового газа с камерой 28 захваченных твердых частиц, благодаря чему возможно удаление захваченных твердых частиц из потока газа, как подробно описано ниже.
В процессе работы сепаратора 10 газа и твердых частиц поток 32 дымового газа подается на впускное отверстие 14 для дымового газа, например, регенератором FCC, расположенным выше по направлению движения от сепаратора 10. Как указано выше, поток 32 дымового газа несет в себе твердые частицы; и в частности для системы FCC поток 32 газа содержит большое количество относительно небольших частиц катализатора со средним диаметром менее 50 мкм, обычно называемых «катализаторной пылью». Как показано на фиг. 1, в расположенной выше по направлению движения части сосуда 12 может быть установлен конический перфорированный диффузор 34 для по существу равномерного распределения потока дымового газа по площади поперечного сечения камеры 24 дымового газа, как показано на фиг. 1 стрелками 36. Колпачки, подробно описанные ниже, но не показанные подробно на фиг. 1, закрывают прямой вход дымового газа в циклонные сепараторы 30. Поток дымового газа поступает в расположенные выше по направлению движения концы циклонных сепараторов 30, из-за чего по существу равномерный или ламинарный поток газа приобретает по существу завихренный или вихреобразный характер потока, представленный на фиг. 1 стрелками 38. Когда поток газа идет по этим вихревым или спиралеобразным траекториям потока вниз через циклонные сепараторы 30, под влиянием центробежных сил катализаторная пыль двигается радиально наружу к внутренним кольцевым стенкам сепараторов 30. Как дополнительно показано на фиг. 1 стрелками 40, большая часть и, возможно, подавляющая часть катализаторной пыли протекает через отверстия боковых стенок или отверстия обратных клапанов, предусмотренных в сепараторах 30, которые не показаны на фиг. 1 для ясности и подробно описаны ниже. Мелкие частицы, проходящие через отверстия обратных клапанов, переносит относительно небольшое количество, например 3–5% по объему, дымового газа, обычно называемого «нижним продуктом», в камеру 28 захваченных твердых частиц. Затем содержащий мелкие частицы нижний продукт выводится из сепаратора 10 через отверстие 18 для отвода захваченных твердых частиц, что показано на фиг. 1 стрелками 42, которое может быть соединено по текучей среде с камерой 28 захваченных твердых частиц посредством центральной выпускной трубы 44 для твердых частиц. В зависимости от конкретной области применения, в которой используется сепаратор 10, содержащий мелкие частицы нижний продукт можно затем направлять на фильтр четвертой ступени для дополнительного удаления частиц или же вместо этого повторно вводить в область, расположенную ниже по направлению движения после сосуда 12.
При продвижении потока газа через каждый циклонный сепаратор 30 катализаторная пыль двигается радиально наружу и от осевой линии сепаратора под влиянием центробежных сил, как описано выше. При этом катализаторная пыль удаляется из самого внутреннего центрального потока газа, проходящего через радиальный центр циклонных сепараторов 30. Этот центральный поток газа, который по существу не содержит частиц и поэтому в настоящем документе называется «потоком чистого газа», выводится из расположенных ниже по потоку концов циклонных сепараторов 30 в камеру 26 чистого газа и в конечном итоге выходит из сосуда 12 через выпускное отверстие 16 для чистого газа, что показано на фиг. 1 стрелками 46. В вариантах осуществления, в которых температура потока дымового газа превышает 760°C, обычно называемых «горячими применениями TSS», чистый газ может быть подан на турбину, включенную в состав детандерной установки для рекуперации энергии. В этом случае за счет удаления мелких частиц из потока газа сводится к минимуму эрозия лопастей турбин и, следовательно, увеличивается эксплуатационная долговечность турбины. В альтернативном варианте осуществления чистый газ, получаемый из дымового газа, имеющего температуру более 340°C, но менее 760°C, что обычно называют «низкотемпературными применениями TSS», может быть направлен в дымоход для выпуска в атмосферу. В этом случае за счет удаления мелких частиц уменьшается количество твердых частиц в выпускаемых газах, что может потребоваться для соответствия экологическим требованиям в зависимости от конкретного географического района и надзорного органа, регулирующего работу установки FCC или другой системы, в которой используется сепаратор 10 газа и твердых частиц.
На фиг. 2 представлен вид в поперечном сечении части сепаратора 10 газа и твердых частиц, полученный через один циклонный сепаратор 30 и изображенный в соответствии с примером осуществления. Циклонный сепаратор 30 включает в себя (помимо прочих компонентов) корпус 50 сепаратора, который проходит через камеру 28 захваченных твердых частиц с возможностью соединения по текучей среде камеры 24 дымового газа и камеры 26 чистого газа. В показанном примере корпус 50 сепаратора состоит из трех компонентов, а именно: корпуса 52 циклона, концевой пластины 54 корпуса и газовыпускного патрубка 56. Как показано на фиг. 2, корпус 52 циклона для удобства имеет форму удлиненной трубы, имеющей верхний или расположенный выше по направлению движения конец, который проходит через отверстие, предусмотренное в расположенной выше по направлению движения трубной решетке 20, и выступает из нее вверх; и нижний или расположенный ниже по направлению движения конец, который выступает вниз в камеру 28 захваченных твердых частиц. Корпус циклона соединен по текучей среде со впускным отверстием 14 для дымового газа. Аналогичным образом, газовыпускной патрубок 56 может иметь форму удлиненной трубы, имеющей наружный диаметр, который меньше внутреннего диаметра корпуса 52 циклона; например в одном варианте осуществления внутренний диаметр выпускного патрубка 56 может составлять от примерно половины до одной трети внутреннего диаметра корпуса 52 циклона. Газовыпускной патрубок 56 соединен по текучей среде с нижним по направлению движения концом корпуса 52 циклона и проходит вниз из него через отверстие, предусмотренное в расположенной ниже по направлению движения трубной решетке 22, в камеру 26 чистого газа. Газовыпускной патрубок 56 расположен по центру в корпусе 52 циклона и соединен по текучей среде на нижнем по направлению движения конце с камерой 26 чистого газа. Газовыпускной патрубок 56 может проходить через центральное отверстие, предусмотренное в концевой пластине 54 цилиндра, и в нижнюю по направлению движения концевую часть корпуса 52 циклона. Наконец, концевая пластина 54 цилиндра имеет форму кольцевой пластины или диска, который охватывает нижний по направлению движения конец корпуса 52 циклона по меньшей мере в существенной части. В низкотемпературных применениях TSS концевая пластина 54 цилиндра может быть жестко закреплена между корпусом циклона и газовыпускным патрубком 56; например внешний периферийный край концевой пластины 54 цилиндра может быть присоединен; например приварен к нижнему по направлению движения концу корпуса 52 циклона, а внутренний периферийный край концевой пластины 54 может быть присоединен; например приварен к внешней периферийной поверхности газовыпускного патрубка 56. Однако в горячих применениях TSS концевая пластина 54 цилиндра может быть соединена только с одним из корпуса 52 циклона и газовыпускного патрубка 56, тогда как между концевой пластиной 54 и другим из цилиндра 52 и газовыпускного патрубка 56 предусмотрен небольшой кольцевой зазор для компенсации различий в тепловом расширении.
Завихритель 68 расположен внутри и/или поперек верхнего или расположенного выше по направлению движения конца корпуса 52 циклона. Множество завихряющих лопастей 72 проходят радиально наружу от втулки 70 и заворачиваются или скручиваются по касательной вокруг продольной оси циклонного сепаратора 30. Завихряющие лопасти 72 имеют верхние по направлению движения концы, расположенные по окружности вокруг втулки 70. Завихряющие лопасти 72 расположены в кольцевом пространстве 66, образованном между внешней поверхностью втулки 70 и внутренней поверхностью корпуса 52 циклона. Когда поток газа проходит через корпус 52 циклона, благодаря завихрителю 68 характер потока газа становится завихренным или вихреобразным, как в общем виде представлено на фиг. 2 пунктирной линией 74. Как указывалось выше, благодаря такому завихренному или спиралеобразному характеру потока образуются центробежные силы, под воздействием которых катализаторная пыль, захваченная внутрь потока газа, двигается радиально наружу от осевой линии корпуса 52 циклона к внутренней стенке цилиндра 52, а значит, легче удалять эту пыль через одно или более выпускных отверстий 76 для твердых частиц, таких как отверстия обратных клапанов, описанные ниже. Завихритель 68 с завихряющими лопастями 72 может представлять собой единую литую деталь.
Циклонный сепаратор 30 включает в себя одно или более выпускных отверстий 76 для твердых частиц, содержащих отверстие обратного клапана, расположенное периферийно в нижнем по направлению движения конце корпуса 52 циклона и через него и при этом радиально прилегающее к проникающей части газовыпускного патрубка 56. Используемый в настоящем документе термин «отверстие обратного клапана» определяется как канал или отверстие, благодаря которому поток газа, содержащий твердые частицы, проходит по существу в одном направлении при нормальном рабочем режиме сепаратора газа и твердых частиц и, таким образом, предотвращается поступление нежелательного обратного потока в корпус циклона 52 аналогично обратному клапану. Из-за выбора общей площади поперечного сечения потока отверстия (или отверстий) обратного клапана наряду с другими параметрами, такими как разница между внутренними диаметрами корпуса 52 циклона и выпускного патрубка 56, обратный поток через отверстие или отверстия обратного клапана предотвращен или по меньшей мере по существу затруднен для обеспечения относительно высокого перепада давления при переходе от внутренней части корпуса 52 циклона к камере 28 захваченных твердых частиц. Выпускное отверстие 76 для твердых частиц соединено по текучей среде с отверстием 18 для отвода захваченных твердых частиц (фиг. 1). Таким образом, в процессе работы циклонного сепаратора 30 мелкие частицы, захваченные нижним продуктом, могут выходить из нижнего по направлению движения конца цилиндра 52, протекать через конечное выпускное отверстие 76 для твердых частиц и попадать в камеру 28 захваченных твердых частиц для последующего удаления через выпускную трубу 44 для твердых частиц и отверстие 18 для отвода захваченных твердых частиц (фиг. 1). Для сравнения необходимо отметить, что относительно чистый центральный поток газа протекает через газовыпускной патрубок 56 в камеру 26 чистого газа и в конечном итоге выводится из сепаратора 10 газа и твердых частиц через выпускное отверстие 16 для чистого газа (фиг. 1).
Было обнаружено, что в ходе продолжительных периодов непрерывной эксплуатации может происходить сильная эрозия соединения между завихряющими лопастями 72 и втулкой 70. Для предотвращения прямого воздействия катализаторной пыли на завихряющие лопасти 72 выше по направлению движения от завихрителем 68 устанавливают колпачок 80. Колпачок 80 проходит радиально по меньшей мере по всей протяженности завихрителя 68 и радиально поперек верхнего по направлению движения конца всех завихряющих лопастей 72. Колпачок 80 проходит радиально за пределы втулки, но поперек кольцевого пространства 66 между втулкой и корпусом 52 циклона. Следовательно, содержащий твердые частицы газ из пространства выше по направлению движения от циклонного сепаратора 30 может входить в корпус циклона не напрямую, а обходным путем, обходя вокруг колпачка 80, как показано стрелкой 36 на фиг. 2. Колпачок 80 имеет закрытую верхнюю стенку 82, непроницаемую для твердых частиц, которая может быть полусферической, и цилиндрическую боковую стенку 84, проходящую ниже по направлению движения от верхней стенки 82. Диаметр колпачка 80, предпочтительно внутренний диаметр наружной стенки 84, превышает наружный диаметр корпуса 52 циклона с возможностью изменения направления потока входящего дымового газа, содержащего частицы, на радиальное направление перед контактом с завихрителем 68 в кольцевом пространстве 66.
Выступы 71 фиксируют колпачок 80 над завихрителем 68. Выступы 71 могут быть прикреплены, например, посредством сварки, своим внутренним нижним по направлению движения концом к удлинителю 86 втулки 70, который проходит вверх по направлению движения от завихрителя 68. Удлинитель 86 крепится к втулке 70. Выступы 71 также прикреплены, например, посредством сварки, внешним нижним по направлению движения концом к циклонному цилиндру 52, а внешним верхним по направлению движения концом - к боковой стенке 84 колпачка 80. Нижний по направлению движения конец боковой стенки 84 доходит до окна 60, образованного ниже по направлению движения от боковой стенки 84, выше по направлению движения от корпуса 52 циклона и между выступами 71. Благодаря окну 60 есть доступ к завихряющим лопастям 72 и соединение по текучей среде впускного отверстия 14 для дымового газа с завихрителем 68 в кольцевом пространстве 66. Втулка 70 имеет закрытый плоский верхний по направлению движения конец, расположенный ниже по направлению движения от колпачка 80, предусмотренный на удлинителе 86. Размер окна 60 предусмотрен с возможностью определения цилиндрической площади, которая по меньшей мере в два раза больше площади поперечного сечения между втулкой 70 и корпусом 52 циклона, который образует кольцевое пространство 66, между зазором между нижним по направлению движения концом боковой стенки 84 и верхним по направлению движения концом корпуса 52 циклона.
На фиг. 3 представлен вид сверху в горизонтальной проекции циклонного сепаратора 30, показанного на фиг. 2, из которого видно, что колпачок 80 проходит радиально поперек верхнего по направлению движения конца завихрителя 68. Колпачок 80 имеет наружный диаметр Dco, который доходит до наружного диаметра Ds, определяемого завихряющими лопастями 72, и предотвращает прямое столкновение дымового газа с верхними по направлению движения кромками завихряющих лопастей 72. Вход в кольцевое пространство 66 между корпусом 52 циклона и втулкой 70 невозможно осуществить напрямую, а только в обход колпачка 80 между выступами 71. Действительно, наружный диаметр Dco колпачка 80 превышает наружный диаметр Db корпуса 52 циклона. Внутренний диаметр Dci колпачка 80 предпочтительно превышает наружный диаметр Db корпуса 52 циклона.
На фиг. 3 видна площадь поперечного сечения кольцевого пространства 66 между втулкой 70 и корпусом 52 циклона. Размер окна 60 предусмотрен с возможностью определения цилиндрической площади, которая по меньшей мере в два раза больше площади поперечного сечения кольцевого пространства 66, между зазором между нижним по направлению движения концом боковой стенки 84 и верхним по направлению движения концом корпуса 52 циклона (фиг. 2).
В процессе работы содержащий твердые частицы поток дымового газа, представленный стрелкой 36, поступает через впускное отверстие 14 для дымового газа в сосуд 12 и проходит через камеру 24 дымового газа в конкретный циклонный сепаратор 30. Колпачки 80 защищают циклонный сепаратор 30 от прямого попадания дымового газа на завихритель 68 и ограничивают доступ газа, содержащего твердые частицы, к завихрителю 68 только доступом в обход нижнего по направлению движения конца колпачка 80. Содержащий твердые частицы газ контактирует с завихряющими лопастями 72, под воздействием которых газ, содержащий твердые частицы, завихряется в циклоне и твердые частицы отделяются от газа посредством центробежного ускорения. Твердые частицы 42 выходят из сосуда 12 через отверстие 18 для отвода захваченных твердых частиц, а чистый газ 46 выходит из сосуда через выпускное отверстие 16 для чистого газа.
Конкретные варианты осуществления
Хотя приведенное ниже описание относится к конкретным вариантам осуществления, следует понимать, что настоящее описание предназначено для иллюстрации, а не ограничения объема предшествующего описания и прилагаемой формулы изобретения.
Первый вариант осуществления изобретения представляет собой циклонный сепаратор, содержащий корпус циклона; завихритель, расположенный на верхнем по направлению движения конце корпуса циклона; выпускное отверстие для газа, расположенное по центру на нижнем по направлению движения конце корпуса циклона; выпускное отверстие для твердых частиц, расположенное периферийно на нижнем по направлению движения конце корпуса циклона; и колпачок, проходящий радиально поперек верхнего по направлению движения конца завихрителя. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно содержащие множество завихряющих лопастей, заворачивающихся вокруг втулки, расположенной на верхнем по направлению движения конце корпуса циклона, и колпачок, проходящий радиально поперек верхнего по направлению движения конца всех завихряющих лопастей. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в которых верхние по направлению движения концы завихряющих лопастей расположены по окружности вокруг втулки. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в которых колпачок имеет боковую стенку, доходящую до окна, которое обеспечивает доступ к завихряющим лопастям. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в которых нижний по направлению движения конец боковой стенки расположен выше по направлению движения от завихрителя с образованием окна. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в которых завихряющие лопасти расположены в кольцевом пространстве между втулкой и корпусом циклона. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно содержащие выступ, прикрепленный к втулке и колпачку для фиксации колпачка над втулкой. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в которых втулка имеет закрытый конец ниже по направлению движения от колпачка. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в которых втулка имеет плоский верхний конец. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в которых втулка выступает над верхним по направлению движения концом завихряющих лопастей. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, в которых колпачок имеет полусферическую верхнюю стенку.
Второй вариант осуществления изобретения представляет собой сепаратор газа и твердых частиц, содержащий сосуд, имеющий впускное отверстие для дымового газа, отверстие для отвода захваченных твердых частиц и выпускное отверстие для чистого газа; расположенную выше по направлению движения трубную решетку и расположенную ниже по направлению движения трубную решетку внутри сосуда, которые в совокупности формируют впускную камеру газа, соединенную по текучей среде с впускным отверстием для дымового газа, камеру захваченных твердых частиц, соединенную по текучей среде с отверстием для отвода захваченных твердых частиц, и камеру чистого газа, соединенную по текучей среде с выпускным отверстием для чистого газа; и циклонный сепаратор, содержащий корпус циклона, проходящий в камеру захваченных твердых частиц и соединенный по текучей среде со впускным отверстием для дымового газа; завихритель, расположенный на верхнем по направлению движения конце корпуса циклона; выпускное отверстие для газа, расположенное по центру на нижнем по направлению движения конце корпуса циклона и соединяющее по текучей среде впускную камеру газа с камерой чистого газа; выпускное отверстие для твердых частиц, расположенное периферийно на нижнем по направлению движения конце корпуса циклона и соединенное по текучей среде с отверстием для отвода захваченных твердых частиц; и колпачок, проходящий радиально над верхним по направлению движения концом завихрителя. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в которых при этом циклонный сепаратор дополнительно содержит множество завихряющих лопастей, заворачивающихся вокруг втулки, расположенной на верхнем по направлению движения конце корпуса циклона, и колпачок, проходящий радиально над верхними по направлению движения концами всех завихряющих лопастей, расположенных по окружности вокруг втулки. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в которых колпачок циклонного сепаратора имеет боковую стенку, которая имеет нижний по направлению движения конец, отстоящий от завихряющих лопастей с образованием окна, которое соединяет по текучей среде впускное отверстие для дымового газа с завихряющими лопастями. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в которых завихряющие лопасти циклонного сепаратора расположены в кольцевом пространстве между втулкой и корпусом циклона. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в которых циклонный сепаратор дополнительно содержит выступ, прикрепленный к втулке и колпачку для фиксации колпачка выше по направлению движения над втулкой. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в которых колпачок циклонного сепаратора имеет полусферическую верхнюю стенку.
Третий вариант осуществления изобретения представляет собой способ отделения твердых частиц от газа, включающий направление газа, содержащего твердые частицы, в циклонный сепаратор; перекрытие прямого входа в циклонный сепаратор, который включает в себя завихритель с колпачком; ограничение доступа газа, содержащего твердые частицы, к завихряющим лопастям только доступом в обход нижнего по направлению движения конца колпачка; приведение газа, содержащего твердые частицы, в контакт с завихряющими лопастями, под воздействием которых содержащий твердые частицы газ завихряется в циклоне; и отделения твердых частиц от газа за счет центростремительного ускорения. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включающие направление газа, содержащего твердые частицы, от впускного отверстия для дымового газа в сосуд к циклонному сепаратору в сосуде, и причем твердые частицы выходят из сосуда через отверстие для отвода захваченных твердых частиц, а газ выходит из сосуда через выпускное отверстие для чистого газа.
Без дополнительной проработки считается, что с использованием предшествующего описания специалист в данной области может в полной мере использовать настоящее изобретение и легко устанавливать основные характеристики настоящего изобретения, чтобы без отступления от его сущности и объема вносить в изобретение различные изменения и модификации и адаптировать его к различным вариантам применения и условиям. Таким образом, предшествующие предпочтительные конкретные варианты осуществления следует рассматривать как исключительно иллюстративные, не накладывающие каких-либо ограничений на остальную часть описания и охватывающие различные модификации и эквивалентные конструкции, входящие в объем прилагаемой формулы изобретения.
Если не указано иное, в приведенном выше описании все температуры представлены в градусах по шкале Цельсия, а все доли и процентные значения даны по массе.
1. Циклонный сепаратор, содержащий:
корпус циклона;
завихритель, расположенный на верхнем по направлению движения конце корпуса циклона;
выпускное отверстие для газа, расположенное по центру на нижнем по направлению движения конце корпуса циклона;
выпускное отверстие для твердых частиц, расположенное периферийно на нижнем по направлению движения конце корпуса циклона;
колпачок, проходящий радиально поперек верхнего по направлению движения конца завихрителя;
множество завихряющих лопастей, заворачивающихся вокруг втулки, расположенной на верхнем по направлению движения конце корпуса циклона, причем указанный колпачок проходит радиально поперек верхнего по направлению движения конца всех завихряющих лопастей; и
выступ, прикрепленный ко втулке и колпачку для фиксации колпачка над втулкой.
2. Циклонный сепаратор по п. 1, в котором указанные завихряющие лопасти имеют верхние по направлению движения концы, расположенные по окружности вокруг втулки.
3. Циклонный сепаратор по п. 1, в котором указанный колпачок имеет боковую стенку, которая доходит до окна, обеспечивающего доступ к указанным завихряющим лопастям.
4. Циклонный сепаратор по п. 3, в котором нижний по направлению движения конец указанной боковой стенки расположен выше по направлению движения от указанного завихрителя с образованием указанного окна.
5. Циклонный сепаратор по п. 1, в котором указанные завихряющие лопасти расположены в кольцевом пространстве между втулкой и корпусом циклона.
6. Циклонный сепаратор по п. 1, в котором указанная втулка имеет закрытый конец ниже по направлению движения от колпачка.
7. Циклонный сепаратор по п. 1, в котором указанная втулка имеет плоский верхний конец.
8. Способ отделения твердых частиц от газа с использованием циклонного сепаратора по п.1, включающий:
направление газа, содержащего твердые частицы, в указанный циклонный сепаратор;
перекрытие прямого входа в указанный циклонный сепаратор, который включает завихритель с колпачком;
ограничение доступа указанного газа, содержащего твердые частицы, к указанным завихряющим лопастям только доступом в обход нижнего по направлению движения конца указанного колпачка;
приведение указанного газа, содержащего твердые частицы, в контакт с завихряющими лопастями, под воздействием которых газ, содержащий твердые частицы, завихряется в циклоне; и
отделение твердых частиц от указанного газа посредством центростремительного ускорения.
