RU2099151C1

RU2099151C1 - Centrifugal separator and method of separation of particles from hot gas flow carrying solid particles

Info

Publication number: RU2099151C1
Authority: RU
Inventors: Хюппянен Тимо; Куивалайнен Реййо; Оллила Харри
Original assignee: Фостер Вилер Энержи Ой
Priority date: 1991-10-14
Filing date: 1991-10-14
Publication date: 1997-12-20

Abstract

FIELD: separation of solid particles from hot gas flow. SUBSTANCE: centrifugal separator includes vortex chamber formed by cooling plates or panels; this chamber is not cylindrical in form. Chamber is provided with at least one gas inlet, one gas outlet and one outlet for escape of solid separated particles. Cross section of side walls of vortex chamber forms gas space which is not absolutely round in section; it has form of polygon at roundness 1, for example 1.1 and preferably 1.5. EFFECT: enhanced efficiency. 22 cl, 7 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к центробежному сепаратору для отделения твердых частиц от газов. Центробежный сепаратор содержит вихревую камеру, которая снабжена, по меньшей мере, одним входом для газов, которые необходимо очистить, расположенным в его верхней секции, по меньшей мере, одним выходом для очищенных газов, расположенным в его верхней или нижней секциях и, по меньшей мере, одним выходом для отделенных частиц, расположенным в его нижней секции. В центробежном сепараторе образуется, по меньшей мере, один вертикальный вихрь. The present invention relates to a centrifugal separator for separating solid particles from gases. The centrifugal separator comprises a vortex chamber, which is provided with at least one inlet for gases to be cleaned, located in its upper section, at least one outlet for purified gases, located in its upper or lower sections and at least , one exit for the separated particles located in its lower section. At least one vertical vortex is formed in a centrifugal separator.

Известны различные центробежные циклонные сепараторы, которые содержат цилиндрическую вертикальную вихревую камеру, служащую в качестве отделяющей камеры и имеющие нижнюю секцию, выполненную в виде конусообразной, сужающейся вниз воронки. Верхняя секция вихревой камеры снабжена тангенциальным входным каналом для газового потока, который должен быть обработан. Очищенный газ обычно выпускается через центральное отверстие в верхнем конце вихревой камеры. В проходных циклонах газ выходит из вихревой камеры через центральную трубу, расположенную на дне вихревой камеры. Various centrifugal cyclone separators are known, which contain a cylindrical vertical vortex chamber serving as a separating chamber and having a lower section made in the form of a cone-shaped, tapering funnel. The upper section of the vortex chamber is provided with a tangential inlet channel for the gas stream to be processed. Purified gas is usually discharged through a central opening at the upper end of the vortex chamber. In flowing cyclones, gas exits the vortex chamber through a central tube located at the bottom of the vortex chamber.

В циклоне твердые частицы отделяются от газов под действием центробежной силы, и они скользят вниз по стенке отделяющей камеры к конусообразной части сепаратора, откуда они удаляются. В обычном циклонном сепараторе отделение основано на взаимном действии центробежной силы и изменений в скорости потока. Газовый поток, входящий в обычный циклон начинает завихряться по спирали в основном вниз по внешней стенке вихревой камеры, ускоряясь по мере уменьшения диаметра конусной части. В нижней секции циклона газы изменяют направление своего движения и начинают двигаться вверх в центре вихревой камеры к верхней секции сепаратора, которая снабжена выходным каналом для газа. Частицы твердого материала, собирающиеся на стенках нижней секции вихревой камеры под действием центробежной силы, не могут следовать за газами, а продолжают двигаться вниз в выходной канал. In a cyclone, solid particles are separated from the gases by centrifugal force, and they slide down the wall of the separating chamber to the cone-shaped part of the separator, from where they are removed. In a conventional cyclone separator, separation is based on the mutual action of centrifugal force and changes in flow rate. The gas flow entering a regular cyclone begins to swirl in a spiral mainly down the outer wall of the vortex chamber, accelerating as the diameter of the conical part decreases. In the lower section of the cyclone, the gases change their direction of motion and begin to move upward in the center of the vortex chamber to the upper section of the separator, which is equipped with an outlet channel for gas. Particles of solid material that collect on the walls of the lower section of the vortex chamber under the action of centrifugal force cannot follow the gases, but continue to move down into the outlet channel.

Стенки циклона сильно изнашиваются, особенно абразивными твердыми частицами. В частности, абразивное действие может быть заметно в той части стенки после входа, в которую ударяется поток твердых частиц. Делались попытки уменьшить истирание путем защиты внутренних поверхностей вихревой камеры огнеупорным материалом, износостойким при истирании, или путем изготовления вихревой камеры из износостойких при истирании материалов. К абразивному действию твердых частиц прибавляется разрушительное действие высокой температуры. The walls of the cyclone wear out a lot, especially with abrasive solids. In particular, the abrasive effect may be noticeable in that part of the wall after entry into which the flow of solid particles is hit. Attempts have been made to reduce abrasion by protecting the inner surfaces of the vortex chamber with a refractory material that is wear-resistant during abrasion, or by manufacturing the vortex chamber from abrasion-resistant materials. The destructive effect of high temperature is added to the abrasive action of solid particles.

Проблемой, с которой сталкиваются в циркуляционных реакторах с псевдоожиженным слоем, которые находят широкое применение в технологических процессах сжигания и газификации, является отделение твердых частиц, увлекаемых горячим газом, и возвращение их в реактор. Специальными требованиями, которые должны удовлетворяться в центробежном сепараторе, установленном в такой ситуации, являются способность непрерывного отделения большого количества твердых частиц от газов и противостояние эрозии, вызываемой прохождением через сепаратор больших объемов горячих газов и твердых частиц. The problem encountered in circulation fluidized bed reactors, which are widely used in combustion and gasification processes, is the separation of solid particles carried away by hot gas and their return to the reactor. Special requirements that must be met in a centrifugal separator installed in such a situation are the ability to continuously separate large quantities of solid particles from gases and resist erosion caused by the passage of large volumes of hot gases and solid particles through the separator.

Основным недостатком обычных циклонов в больших реакторах является необходимость их теплоизоляции, например, керамическими теплоизоляционными материалами для поддержания сравнительно низкой температуры внешней поверхности сепаратора. Для обеспечения соответствующей теплоизоляции необходимо использование сравнительно толстого слоя теплоизоляционного материала, что увеличивает стоимость, вес и объем занимаемых сепаратором площадей. Кроме того, с целью противодействия высокотемпературным условиям циклоны внутри должны облицовываться износостойкими при истирании слоями огнеупорного материала. Тем самым стенки циклона покрываются двумя слоями огнеупорного материала. Трудной задачей и требующей затрат значительного количества времени является нанесение этих двух слоев на стенки, особенно, если один из слоев является очень толстым и должен просушиваться длительное время. Оба слоя также очень подвержены разрушению вследствие перепадов температур в течение запуска и механического напряжения в процессе работы системы. The main disadvantage of conventional cyclones in large reactors is the need for their thermal insulation, for example, ceramic heat-insulating materials to maintain a relatively low temperature of the outer surface of the separator. To ensure adequate thermal insulation, it is necessary to use a relatively thick layer of thermal insulation material, which increases the cost, weight and volume of the space occupied by the separator. In addition, in order to counter high-temperature conditions, the cyclones inside should be lined with abrasion resistant layers of refractory material. Thus, the walls of the cyclone are coated with two layers of refractory material. A difficult task and requiring a considerable amount of time is the application of these two layers on the walls, especially if one of the layers is very thick and must be dried for a long time. Both layers are also very susceptible to destruction due to temperature changes during startup and mechanical stress during operation of the system.

В целом, циклон становится устройством с толстыми изоляционными стенками, склонными к разрушению, которое занимает очень много места. Так как конструкция является тяжелой, для нее требуется прочная опорная конструкция. Эта тяжелая конструкция означает, что запуск требует значительного времени для предотвращения трещин керамических частей или облицовки. Перепады температуры в огнеупорной футеровке в процессе запуска могут вызывать растрескивание, и поэтому их не следует допускать. In general, the cyclone becomes a device with thick insulating walls, prone to destruction, which takes up a lot of space. Since the structure is heavy, it requires a strong supporting structure. This heavy construction means that start-up takes considerable time to prevent cracking of ceramic parts or cladding. Temperature differences in the refractory lining during startup can cause cracking and should therefore not be allowed.

Материал слоя, циркулирующий в циркуляционных реакторах с псевдоожиженным слоем, может быть очень мелкозернистым, например, если используется измельченный известняк для поглощения в слое двуокиси серы, или если зола является измельченной. Это предъявляет высокие требования к циклону. Делались попытки улучшить эффективность отделения в циклоне путем последовательного соединения двух или более циклонов. Недостатками таких соединений являются большие потери давления, дороговизна конструкции и необходимость выделения для таких соединений больших площадей. The bed material circulating in circulation fluidized bed reactors can be very fine grained, for example, if crushed limestone is used to absorb sulfur dioxide in the layer, or if the ash is crushed. This places high demands on the cyclone. Attempts have been made to improve separation efficiency in a cyclone by sequentially connecting two or more cyclones. The disadvantages of such compounds are large pressure losses, the high cost of the design and the need to allocate large areas for such compounds.

Предлагались циклонные батареи, состоящие их параллельно соединенных циклонов, для достижения лучшей эффективности отделения. Их недостаток - дороговизна конструкции и необходимость выделения для таких батарей больших площадей. Cyclone batteries, consisting of parallel-connected cyclones, have been proposed to achieve better separation efficiency. Their disadvantage is the high cost of the design and the need to allocate large areas for such batteries.

Предлагались циклонные батареи, состоящие из параллельно соединенных циклонов, для достижения лучшей эффективности отделения твердых частиц. Целью таких конструкций являлось достижение более высоких эффективностей отделения, используя менее громоздкие сборные части. Однако, эти циклонные батареи имели высокую стоимость и были сложными в изготовлении. Циклонные батареи требуют определенного минимального перепада давления для газа, чтобы газ всегда был равномерно распределен в различных циклонах. Cyclone batteries consisting of parallel-connected cyclones have been proposed to achieve better solids separation efficiency. The goal of such designs was to achieve higher separation efficiencies using less bulky prefabricated parts. However, these cyclone batteries were expensive and difficult to manufacture. Cyclone batteries require a certain minimum pressure drop for gas, so that the gas is always evenly distributed in different cyclones.

Стенки реактора для сжигания обычно изготавливаются из трубных панелей для частичного использования тепла, выделяемого в реакторе. Циклонные сепараторы и возвратные трубы для материала, состоящего из твердых частиц, обычно являются неохлаждаемыми, теплоизолируемыми конструкциями. Взаимное соединение таких охлаждаемых и неохлаждаемых частей является трудной задачей вследствие неодинакового теплового расширения и наличия толстых теплоизолирующих слоев. Поэтому, соединения между реактором и сепаратором требуют дорогих керамических или эквивалентных теплостойких систем трубопроводов и компенсаторов. Циклонный сепаратор и секция конвекции, расположенная за ним, также требует применения специальных компенсаторов. The walls of the combustion reactor are usually made of tube panels to partially utilize the heat generated in the reactor. Cyclone separators and return pipes for particulate material are typically uncooled, heat insulated structures. The interconnection of such cooled and uncooled parts is a difficult task due to unequal thermal expansion and the presence of thick heat-insulating layers. Therefore, the connections between the reactor and the separator require expensive ceramic or equivalent heat-resistant piping systems and expansion joints. The cyclone separator and the convection section located behind it also require the use of special compensators.

При изменении диаметра поперечного сечения циклона расстояние между соседними водяными трубами на стенке циклона изменяется, если не удалить или не добавить некоторые трубы к некоторым частям стенки циклона. Это является трудоемким процессом. When the diameter of the cyclone cross section changes, the distance between adjacent water pipes on the cyclone wall changes if some pipes are not removed or added to some parts of the cyclone wall. This is a time consuming process.

Для устранения вышеупомянутых недостатков, вызванных тепловым расширением, например, в патенте США N 4746337 предложен циклон с использованием системы водяных труб. Однако, изготовление цилиндрического циклона трубчатой конструкции является не простым делом. Кроме того, трубные панели должны изгибаться с приобретением сложных форм в процессе изготовления, что приводит к значительным затратам времени и является трудным процессом. To eliminate the aforementioned disadvantages caused by thermal expansion, for example, US Pat. No. 4,746,337 proposes a cyclone using a water pipe system. However, the manufacture of a tubular cylindrical cyclone is not an easy task. In addition, the tube panels must be bent with the acquisition of complex shapes during the manufacturing process, which leads to a significant investment of time and is a difficult process.

В патенте США N 4615715 описан корпус сепаратора, изготовленный из трубных панелей и вихревая камера, изготовленная их цилиндрического износостойкого при истирании блока, расположенного внутри корпуса. Кольцевое пространство между корпусом сепаратора и цилиндрическим блоком заполняется некоторым подходящим наполнителем. Однако, вследствие того, что цилиндрический блок расположен внутри сепаратора и используется наполнитель, сепаратор является большим и тяжелым, хотя отпадает необходимость в части теплоизолятора. Кроме того, цилиндрическая внутренняя часть вихревой камеры изнашивается твердыми частицами, скользящими вниз по стенкам. US Pat. No. 4,615,715 describes a separator housing made of tube panels and a swirl chamber made of cylindrical abrasion-resistant block located inside the housing. The annular space between the separator housing and the cylindrical block is filled with some suitable filler. However, due to the fact that the cylindrical block is located inside the separator and filler is used, the separator is large and heavy, although there is no need for a part of the heat insulator. In addition, the cylindrical interior of the vortex chamber wears out with solid particles sliding down the walls.

Согласно изобретению разработан сепаратор, более простой по конструкции, менее склонный к повреждениям, особенно в его изоляционных слоях, не занимающий много места и являющийся менее дорогим, чем обычные высокотемпературные циклонные сепараторы. Предлагаемый центробежный сепаратор может быть легко сделан модульным. Вследствие своей модульной конструкции перелагаемый сепаратор является лучше применимым, чем ранее известные конструкции для больших циркуляционных реакторов с псевдоожиженным слоем и является очень износостойким при истирании. According to the invention, a separator is developed that is simpler in design, less prone to damage, especially in its insulating layers, does not take up much space and is less expensive than conventional high-temperature cyclone separators. The proposed centrifugal separator can be easily made modular. Owing to its modular design, the shifting separator is better applicable than previously known designs for large circulating fluidized bed reactors and is very abrasion resistant.

Характерной особенностью предлагаемого центробежного сепаратора является то, что вихревая камера не является цилиндрической, в основном состоит из плоских стенок, предпочтительно, поперечное сечение боковых стенок вихревой камеры имеет форму квадрата, прямоугольника или другого многоугольника. Поперечное сечение внутреннего газового пространства, определяемого вихревой камерой, является совершенно некруглым. Под "газовым пространством" в вихревой камере подразумевается внутреннее пространство, которое может быть свободно заполнено газом. Газовое пространство практически ограничивается внутренними стенками вихревой камеры и элементами, установленными на стенке (если они имеются). Газовое пространство представляет собой пространство, в которое может свободно течь газ без ограничения какими-либо элементами, огнеупорными слоями или т.п. A characteristic feature of the proposed centrifugal separator is that the vortex chamber is not cylindrical, mainly consists of flat walls, preferably, the cross section of the side walls of the vortex chamber has the shape of a square, rectangle or other polygon. The cross section of the internal gas space defined by the vortex chamber is completely non-circular. By "gas space" in a vortex chamber is meant an internal space that can be freely filled with gas. The gas space is practically limited by the inner walls of the vortex chamber and the elements mounted on the wall (if any). A gas space is a space into which gas can flow freely without being limited by any elements, refractory layers, or the like.

Форма поперечного сечения газового пространства вихревой камеры может характеризоваться кругообразностью Х, представляющей собой отношение периметра поперечного сечения внутренней поверхности газового пространства к длине окружности наибольшего круга, вписывающегося в поперечное сечение газового пространства. У цилиндрического сепаратора Х=1, а у квадратного Х= 1,273. В предлагаемом сепараторе кругообразность Х газового пространства сепаратора больше единицы, например Х≥1,1, и предпочтительно Х≥1,15. Хотя сепаратор с кругообразностью Х>1 сам по себе известен из патента ФРГ N 3435214 было указано, что такая конструкция непригодна для отделения горячих частиц, т.к. не имеет системы охлаждения. The cross-sectional shape of the gas space of the vortex chamber can be characterized by circularity X, which is the ratio of the perimeter of the cross-section of the inner surface of the gas space to the circumference of the largest circle that fits into the cross-section of the gas space. For a cylindrical separator, X = 1, and for a square separator, X = 1.273. In the proposed separator, the circularity X of the gas space of the separator is greater than one, for example X≥1.1, and preferably X≥1.15. Although a separator with a circularity of X> 1 is itself known from the German Federal Patent No. 3435214, it was indicated that such a design is unsuitable for separating hot particles, because does not have a cooling system.

Внутри вихревая камера предлагаемого сепаратора хотя бы частично облицована тонким слоем износостойкого при истирании и теплостойкого огнеупорного материала. Этот слой огнеупорного материала практически не делает поперечное сечение газового пространства круглым и он защищает области, наиболее подвергаемые истиранию в вихревой камере. Слой огнеупорного материала в предпочтительном воплощении изобретения практически не функционирует в качестве теплоизолятора в вихревой камере. Толщина слоя огнеупорного материала, предпочтительно, находится в пределах только около 40-150 мм. Этот тонкий износостойкий при истирании и теплостойкий слой из огнеупорного материала может прикрепляться с помощью болтов или других крепежных элементов к поверхности стенки вихревой камеры, которая, предпочтительно, представляет собой трубную панель. Путем прикрепления слоя огнеупорного материала непосредственно к охлаждаемой стенке без размещения какого-либо изолятора или других слоев между ними, также обеспечивается возможность охлаждения огнеупорного материала. При охлаждении этот слой огнеупорного материала становится химически и механически более долговечным. В качестве износостойкого при истирании материала может выбираться теплопроводный материал. Такой материал способствует еще быстрейшему охлаждению. Болты также улучшают охлаждение. Для снижения абразивного действия твердых частиц, взвешенных во входном газе, стенка, противолежащая входной стенке, и области, которые особенно подвержены истиранию, могут снабжаться специальным дополнительным слоем защитного огнеупорного материала или огнеупорного материала, который более износостоек при истирании, чем огнеупорный материал в остальных частях камеры. Inside the vortex chamber of the proposed separator is at least partially lined with a thin layer of abrasion-resistant and heat-resistant refractory material. This layer of refractory material practically does not make the cross section of the gas space round and it protects the areas most subjected to abrasion in the vortex chamber. The layer of refractory material in the preferred embodiment of the invention practically does not function as a heat insulator in the vortex chamber. The thickness of the refractory material layer is preferably in the range of only about 40-150 mm. This thin abrasion-resistant and heat-resistant layer of refractory material can be attached using bolts or other fasteners to the surface of the wall of the vortex chamber, which preferably is a tube panel. By attaching a layer of refractory material directly to the wall to be cooled without placing any insulator or other layers between them, it is also possible to cool the refractory material. When cooled, this layer of refractory material becomes chemically and mechanically more durable. As a wear-resistant material during abrasion, a heat-conducting material can be selected. Such material contributes to even faster cooling. Bolts also improve cooling. To reduce the abrasive effect of solid particles suspended in the inlet gas, the wall opposite the inlet wall, and areas that are particularly susceptible to abrasion, can be equipped with a special additional layer of protective refractory material or refractory material, which is more wear-resistant during abrasion than the refractory material in other parts cameras.

В предпочтительном воплощении изобретения стенки вихревой камеры состоят из охлаждающих поверхностей, например, трубных панелей. Так как вихревая камера, предпочтительно, образована плоскими стенками, стеновые элементы могут представлять собой плоские или изогнутые готовые трубные панели. Таким образом, можно упростить сборку центробежного сепаратора, работающего в комбинации с реактором газификации или сжигания, путем приварки его в необходимом месте. Часть стенок или, предпочтительно, все стенки вихревой камеры выполнены из охлаждаемых конструкций. Система охлаждения вихревой камеры, предпочтительно, подсоединена к системе главных водо/паропроводов реактора с псевдоожиженным слоем, с которым она связана. In a preferred embodiment of the invention, the walls of the vortex chamber consist of cooling surfaces, for example, tube panels. Since the vortex chamber is preferably formed by flat walls, the wall elements can be flat or bent finished tube panels. Thus, it is possible to simplify the assembly of a centrifugal separator, working in combination with a gasification or combustion reactor, by welding it in the required place. Part of the walls or, preferably, all the walls of the vortex chamber are made of cooled structures. The vortex chamber cooling system is preferably connected to the main water / steam piping system of the fluidized bed reactor to which it is connected.

Предлагаемый охлаждаемый сепаратор частиц не должен иметь толстую облицовку из теплостойкого огнеупорного материала или другие толстые защитные слои, которые бы могли легко разрушиться вследствие перепадов температуры в течение запуска или в процессе работы, и, поэтому могли бы легко разломиться или растрескаться (толстая футеровка также занимает много места). Согласно настоящему изобретению достаточно иметь сравнительно тонкие износостойкие при истирании защитные слои на охлаждающей панели. Таким образом, можно избежать проблемы, связанной с необходимостью компенсации тепловых расширений. Тепловые расширения как в реакционной камере, так и в сепараторе могут быть легко предсказаны и скомпенсированы, когда оба эти устройства изготовлены из трубных панелей, в которых более легко регулируется температура. По существу, вследствие более малых или незначительных различий в тепловом расширении между реакционной камерой и предлагаемым сепаратором, проблемы с компенсаторами между сепаратором и реакционной камерой могут быть сведены к минимуму. The proposed cooled particle separator should not have a thick lining of heat-resistant refractory material or other thick protective layers that could easily break due to temperature changes during startup or during operation, and therefore could easily break or crack (a thick lining also takes a lot places). According to the present invention, it is sufficient to have relatively thin abrasion-resistant protective layers on the cooling panel. Thus, the problem of the need to compensate for thermal expansions can be avoided. Thermal expansions in both the reaction chamber and the separator can be easily predicted and compensated when both of these devices are made of tube panels in which temperature is more easily controlled. Essentially, due to smaller or smaller differences in thermal expansion between the reaction chamber and the proposed separator, problems with expansion joints between the separator and the reaction chamber can be minimized.

В соответствии с предпочтительным воплощением изобретения центробежный сепаратор содержит удлиненную вихревую камеру, в которой образуется два или более параллельных, разнесенных в пространстве газовых вихря. Боковые стенки вихревой камеры состоят из 4-х плоских панелей, например, трубных панелей, две противолежащие стенки является длинными и две остальные являются торцевыми стенками вихревой камеры. Предпочтительно, длинные стенки могут быть в два или более раза длиннее торцевых стенок. В этом случае поперечное сечение внутреннего пространства вихревой камеры, предпочтительно, соответствует пространству двух или более последовательных квадратов, причем длина стороны квадрата равна длине торцевой стенки. Предпочтительно, количество газовых вихрей равно количеству квадратов. According to a preferred embodiment of the invention, the centrifugal separator comprises an elongated vortex chamber in which two or more parallel, spatially spaced gas vortices are formed. The side walls of the vortex chamber consist of 4 flat panels, for example, tube panels, the two opposite walls are long and the other two are the end walls of the vortex chamber. Preferably, the long walls may be two or more times longer than the end walls. In this case, the cross section of the inner space of the vortex chamber preferably corresponds to the space of two or more consecutive squares, the side length of the square being equal to the length of the end wall. Preferably, the number of gas vortices is equal to the number of squares.

В удлиненной вихревой камере образуется множество последовательных вихрей в продольном направлении камеры путем соответствующего расположения газового входа/входов и газового выхода/выходов таким образом, чтобы количество образуемых в вихревой камере вихрей было равно количеству газовых выходов из нее. Газовый выход/выходы расположены в вихревой камере таким образом, чтобы обеспечивалась возможность тангенциального направления входящего газа с образованием одного или двух параллельных вихрей. In the elongated vortex chamber, a plurality of consecutive vortices are formed in the longitudinal direction of the chamber by the corresponding arrangement of the gas inlet / inlets and gas outlet / outlet in such a way that the number of vortices formed in the vortex chamber is equal to the number of gas outlets from it. The gas outlet / exits are located in the vortex chamber in such a way as to enable the tangential direction of the incoming gas to form one or two parallel vortices.

Газовые входы расположены в боковой стенке вихревой камеры таким образом, чтобы газ на входе направлялся тангенциально с образованием газовых вихрей в вихревой камере и максимизации "спин-эффекта" вводимых газовых струй, соответствующих центрам отверстий газового выхода. "Спин-эффект" определяется как произведения m•v•z, где m масса потока, v скорость потока газа во входном отверстии и z перпендикулярное (кратчайшее) расстояние между газовой входной струей и центром отверстия газового выхода. Газовые вихри, образуемые в вихревых камерах, являются практически концентричными с отверстиями газовых выходов. Можно также направлять газ с одного входа для образования двух смежных вихрей или направлять газ с двух или более газовых входов для образования только одного газового вихря. The gas inlets are located in the side wall of the vortex chamber in such a way that the gas at the inlet flows tangentially with the formation of gas vortices in the vortex chamber and maximizes the "spin effect" of the introduced gas jets corresponding to the centers of the gas outlet openings. The "spin effect" is defined as the product m • v • z, where m is the mass of the stream, v is the gas flow rate in the inlet and z is the perpendicular (shortest) distance between the gas inlet stream and the center of the gas outlet opening. Gas vortices formed in vortex chambers are almost concentric with gas outlet openings. You can also direct gas from one inlet to form two adjacent vortices, or direct gas from two or more gas inlets to form only one gas vortex.

Удлиненная вихревая камера пригодна для размещения рядом с (в рабочей связи) циркуляционным реактором с псевдоожиженным слоем таким образом, что одна из стенок реактора или, по меньшей мере, часть верхней секции стенки служит в качестве стенки вихревой камеры. Таким образом, например, часть общей длинной стенки реактора может служить в качестве длинной стенки вихревой камеры, что, естественно, снижает стоимость затрачиваемого материала. The elongated vortex chamber is suitable for placement next to (in working connection) a circulating fluidized bed reactor so that one of the walls of the reactor or at least a portion of the upper wall section serves as the wall of the vortex chamber. Thus, for example, part of the total long wall of the reactor can serve as the long wall of the vortex chamber, which, of course, reduces the cost of the spent material.

Кроме того, предпочтительно, две другие стенки реактора могут использоваться для обеспечения сообщения реактора с сепаратором. Удлинения стенок, перпендикулярных общей стенке, могут составлять, например, торцевые стенки вихревой камеры. Таким образом, три охлаждаемые панельные стенки реактора могут использоваться в конструкции сепаратора, что дает значительную экономическую выгоду и упрощает процесс производства этого оборудования. Эта конструкция дает возможность располагать, например, пламенную печь реактора с псевдоожиженным слоем и предлагаемый сепаратор таким образом, чтобы создавалась одна прямоугольная конструкция, которая является наиболее выгодной с точки зрения ее поддержания. In addition, preferably, the other two walls of the reactor can be used to provide communication between the reactor and the separator. The extensions of the walls perpendicular to the common wall can be, for example, the end walls of the vortex chamber. Thus, three cooled panel walls of the reactor can be used in the design of the separator, which provides significant economic benefits and simplifies the production process of this equipment. This design makes it possible to arrange, for example, a flame reactor of a fluidized bed reactor and the proposed separator in such a way that a single rectangular structure is created which is most advantageous from the point of view of maintaining it.

Выход для отделенных твердых частиц может предусматриваться для каждого образуемого в вихревой камере газового вихря, так что легко установить равномерное распределение возвращаемых твердых частиц в реакционную камеру из нескольких соседних мест, например, в циркуляционном реакторе с псевдоожиженным слоем. С другой стороны, твердые частицы, отделенные в различных вихрях, могут собираться в одной сборной камере или бункере, расположенном в нижней секции вихревой камеры, и могут дальше поддаваться в желаемое место в виде одного или нескольких потоков частиц. An outlet for the separated solid particles can be provided for each gas vortex formed in the vortex chamber, so that it is easy to establish a uniform distribution of the returned solid particles into the reaction chamber from several neighboring places, for example, in a circulation fluidized bed reactor. On the other hand, solid particles separated in various vortices can be collected in one collection chamber or hopper located in the lower section of the vortex chamber, and can then be succumbed to the desired location in the form of one or more particle flows.

В удлиненной вихревой камере для длинных стенок может потребоваться опора для упрочнения стеновых панелей и для предотвращения их прогиба. В этом случае между двумя противолежащими длинными стенками могут располагаться поперечные стенки для придания жесткости конструкции камеры. Поперечные опоры/стенки изготавливаются из износостойкого при истирании материала или теплостойкого материала. Поперечные опоры могут образовывать разделительную стенку в вихревой камере с тем, чтобы частично или полностью разделить камеру на отдельные секции. Поперечные опоры могут простираться от потолка вихревой камеры вниз до ее дна, тем самым в камере образуется два или, в зависимости от числа поперечных стенок, более полностью разделенных газовых пространств. С другой стороны, поперечные опоры могут являться только короткими опорными элементами, которые, в действительности, не делят камеру на отдельные газовые пространства. In an elongated swirl chamber for long walls, support may be required to strengthen the wall panels and to prevent their deflection. In this case, transverse walls may be located between two opposing long walls to stiffen the structure of the chamber. Cross supports / walls are made of abrasion-resistant material or heat-resistant material. The transverse supports may form a separation wall in the vortex chamber in order to partially or completely divide the chamber into separate sections. The transverse supports can extend from the ceiling of the vortex chamber down to its bottom, thereby forming two or, depending on the number of transverse walls, more completely separated gas spaces. On the other hand, the transverse supports can be only short support elements, which, in reality, do not divide the chamber into separate gas spaces.

Предпочтительно, газовые входы в вихревую камеру выполнены в виде вертикальных узких удлиненных щелей. Щели могут простираться в вертикальном направлении, например, на всю высоту верхней секции вихревой камеры. Ширина щели определяется в зависимости от требуемого поперечного сечения газового потока. Входы могут предпочтительно, снабжаться направляющими пластинами для направления газа тангенциально в вихрь. Направляющие пластины также служат в качестве элементов жесткости для длинной стенки. Preferably, the gas inlets into the vortex chamber are made in the form of vertical narrow elongated slots. The slots can extend in the vertical direction, for example, to the entire height of the upper section of the vortex chamber. The width of the slit is determined depending on the desired cross-section of the gas stream. The inlets may preferably be provided with guide plates to direct the gas tangentially into the vortex. Guide plates also serve as stiffeners for the long wall.

В предлагаемых центробежных сепараторах образуется только один газовый вихрь, если сепаратор имеет квадратное поперечное сечение. Легко размещать множество таких сепараторов параллельно и тем самым конструировать компактную батарею циклонов, выполненную из простых элементов, причем она занимает мало места. In the proposed centrifugal separators, only one gas vortex is formed if the separator has a square cross section. It is easy to place many such separators in parallel and thereby design a compact cyclone battery made of simple elements, and it takes up little space.

Важными значительными преимуществами изобретения является простота конструкции предлагаемого устройства и то, что реакционная камера и небольшая батарея из сепараторов твердых частиц может конструироваться, например, из простых плоских частей, таких, как готовые трубные панели, которые могут изготавливаться заранее недорогим сварочным способом в мастерской. Располагая множеством газовых вихрей, осуществляющих отделение твердых частиц, в одном удлиненном пространстве вихревой камеры, необходима меньшая площадь стенки сепаратора в сравнении с батареей циклонов, собираемых из нескольких независимых сепараторов. Important significant advantages of the invention are the simplicity of the design of the proposed device and the fact that the reaction chamber and a small battery of particulate separators can be constructed, for example, from simple flat parts, such as prefabricated tube panels, which can be made in advance by an inexpensive welding method in the workshop. Having many gas vortices separating solid particles in one elongated space of the vortex chamber, a smaller separator wall area is required compared to a cyclone battery assembled from several independent separators.

Вследствие охлаждения стеночная конструкция сепаратора тоньше, чем в обычных сепараторах для горячего газа и вследствие своей квадратной/прямоугольной формы, сепаратор может изготавливаться из пластинчатых частей. Due to cooling, the wall structure of the separator is thinner than in conventional hot gas separators and due to its square / rectangular shape, the separator can be made of plate parts.

Предлагаемый сепаратор конструктивно пригоден для очистки газообразных продуктов реакции или дымовых газов в газогенераторах и реакционных камерах, функционирующих на принципе псевдоожижженного слоя, где желательно иметь охлаждаемую конструкцию и где велико количество отделяемых твердых частиц. Изобретение, в частности, пригодно для отделения циркулирующих твердых частиц от газов в циркуляционных реакторах с псевдоожиженным слоем. The proposed separator is structurally suitable for the purification of gaseous reaction products or flue gases in gas generators and reaction chambers, operating on the principle of a fluidized bed, where it is desirable to have a cooled structure and where there is a large number of separated solid particles. The invention is particularly suitable for separating circulating solids from gases in a circulating fluidized bed reactor.

На фиг. 1 схематично показано в качестве примера воплощение предлагаемого центробежного сепаратора, расположенного в оперативной связи с циркуляционным реактором с псевдоожиженным слоем; на фиг. 2 сечение по А-А фиг. 1; на фиг. 3 сечение по Б-Б фиг.2; на фиг. 4 вид второго воплощения предлагаемого сепаратора, расположенного в циркуляционном реакторе с псевдоожиженным слоем; на фиг. 5 сечение по В-В на фиг. 4; на фиг. 6-7 сечения, аналогичные представленными на фиг. 3 и 5, иллюстрирующие другие воплощения предлагаемых центробежных сепараторов. In FIG. 1 schematically shows, by way of example, an embodiment of a centrifugal separator according to the invention located in operative communication with a circulating fluidized bed reactor; in FIG. 2 a section along AA of FIG. one; in FIG. 3 cross section along BB figure 2; in FIG. 4 is a view of a second embodiment of a separator according to the invention located in a circulating fluidized bed reactor; in FIG. 5 a section along BB in FIG. 4; in FIG. 6-7 sections similar to those shown in FIG. 3 and 5, illustrating other embodiments of the proposed centrifugal separators.

На фиг. 1, 2 и 3 показан циркуляционный реактор с псевдоожиженным слоем, содержащий реакционную камеру 10, центробежный сепаратор твердых частиц (циклон) 12 и возвратную трубу 14 для отделенных частиц. Реакционная камера 10 имеет прямоугольное поперечное сечение и составлена из трубных стенок, из которых на фиг. 1 показаны только длинные стенки 16 и 18. In FIG. 1, 2 and 3 show a circulating fluidized bed reactor containing a reaction chamber 10, a centrifugal particulate separator (cyclone) 12, and a return pipe 14 for separated particles. The reaction chamber 10 has a rectangular cross section and is composed of tube walls, of which in FIG. 1 only long walls 16 and 18 are shown.

Трубные стенки, предпочтительно, представляют собой соединенные между собой трубные панели. The tube walls are preferably interconnected tube panels.

Верхняя часть стенки 18 изогнута для образования потолка 20 реакционной камеры 10. Стенки нижней секции реакционной камеры 10 защищены огнеупорным материалом 22. Реактор имеет вход 23 для твердых частиц. Дно реакционной камеры 10 состоит из распределительного щита 24, который имеет сопла или отверстия для введения псевдоожижающего газа из воздушной нагнетательной камеры 28 в реакционную камеру для поддержания в ней псевдоожиженного слоя. Ожижающий газ и ожижающий воздух вводится в реакционную камеру с такой высокой скоростью, что это вызывает непрерывный поток части материала псевдоожиженного слоя вместе с газом через отверстия 30, расположенное в верхней секции камеры 10, в сепараторе частиц 12. The upper part of the wall 18 is curved to form the ceiling 20 of the reaction chamber 10. The walls of the lower section of the reaction chamber 10 are protected by refractory material 22. The reactor has an inlet 23 for solid particles. The bottom of the reaction chamber 10 consists of a switchboard 24, which has nozzles or holes for introducing fluidizing gas from the air discharge chamber 28 into the reaction chamber to maintain a fluidized bed therein. The fluidizing gas and fluidizing air are introduced into the reaction chamber at such a high speed that it causes a continuous flow of a portion of the fluidized bed material together with the gas through the openings 30 located in the upper section of the chamber 10 in the particle separator 12.

Как показано, на фиг. 1, 2 и 3, центробежный сепаратор 12 является многовихревым центробежным сепаратором, в котором в газовом пространстве 31 сепаратора образуется два параллельных вертикальных газовых вихря, отделяющих частицы от газа, поступающего из реактивной камеры, под действием центробежной силы. Вихревая камера сепаратора 12, предпочтительно, включает плоские, практически прямоугольные трубные стенки 32, 34, 36 и 38. Предпочтительно, эти стенки также представляют собой соединенные между собой трубные панели. Вихревая камера сепаратора 12 имеет одну длинную стенку, смежную с реакционной камерой, являющуюся общей с реакционной камеры, то есть часть стенки 16 реакционной камеры 10 является стенкой 32 вихревой камеры. В щели 30 стенка 32 изогнута внутрь вихревой камеры таким образом, что изогнутые части 40 образуют входной проход 42, ведущий газовый поток в газовое пространство вихревой камеры 31. Щель 30 является длинной и узкой, длиннее и уже, чем в обычных вертикальных циклонах, предпочтительно, простирается на всю высоту верхней секции 13 вихревой камеры. В этой конструкции с одним входом для двух вихрей, соотношение высоты к ширине может быть ниже, но предпочтительно больше 3. Изогнутые части 40, предпочтительно, образуют входной проход, сужающийся внутри вихревой камеры. As shown in FIG. 1, 2 and 3, the centrifugal separator 12 is a multi-vortex centrifugal separator in which two parallel vertical gas vortices are formed in the gas space 31 of the separator, separating particles from the gas coming from the reactive chamber under the action of centrifugal force. The vortex chamber of the separator 12 preferably includes flat, almost rectangular tube walls 32, 34, 36 and 38. Preferably, these walls also are interconnected tube panels. The vortex chamber of the separator 12 has one long wall adjacent to the reaction chamber, which is common with the reaction chamber, that is, part of the wall 16 of the reaction chamber 10 is the wall 32 of the vortex chamber. In slot 30, wall 32 is curved into the inside of the vortex chamber so that the curved portions 40 form an inlet passage 42 leading the gas flow into the gas space of the vortex chamber 31. The slot 30 is long and narrow, longer and narrower than in conventional vertical cyclones, preferably extends to the entire height of the upper section 13 of the vortex chamber. In this single-entry design for two vortices, the height to width ratio may be lower, but preferably greater than 3. Curved portions 40 preferably form an inlet passage that tapers inside the vortex chamber.

Верхние части стенок вихревой камеры, предпочтительно, являются вертикальными и плоскими и образуют верхнюю секцию 43. Нижняя часть длинной стенки 36 изогнута к противолежащей длинной стенке 32, образуя нижнюю секцию 45 вихревой камеры. Таким образом, образуется асимметричное удлиненное воронкообразное пространство 44, нижняя часть которого образует выход для твердых частиц 46. The upper parts of the walls of the vortex chamber are preferably vertical and flat and form the upper section 43. The lower part of the long wall 36 is curved to the opposite long wall 32, forming the lower section 45 of the vortex chamber. Thus, an asymmetric elongated funnel-shaped space 44 is formed, the lower part of which forms the outlet for solid particles 46.

Выход 46 также служит в качестве входа в возвратную трубу (проход) 14. Длинные стенки трубы 14 образованы продолжениями стенок 32 и 36 сепаратора 12. Торцевые стенки трубы 14 соответственно образованы продолжениями стенок 34 и 38. Только часть, имеющая ширину трубы 14, торцевых стенок 34 и 38 простирается вниз, тем самым образуя возвратную трубу. Остальные части торцевых стенок только доходят до верхней части трубы 14, как показано на фиг. 1 для части стенки 34. Нижняя часть трубы 14 сообщается нижней секцией реакционной камеры 10 через L-образное колено 48 для возвращения твердых частиц, отделенных в сепараторе 12, в псевдоожиженный слой. The outlet 46 also serves as the entrance to the return pipe (passage) 14. The long walls of the pipe 14 are formed by the extensions of the walls 32 and 36 of the separator 12. The end walls of the pipe 14 are respectively formed by the extensions of the walls 34 and 38. Only the part having the width of the pipe 14, the end walls 34 and 38 extends downward, thereby forming a return pipe. The remaining parts of the end walls only reach the upper part of the pipe 14, as shown in FIG. 1 for part of the wall 34. The lower part of the pipe 14 is communicated by the lower section of the reaction chamber 10 through the L-shaped bend 48 to return the solid particles separated in the separator 12, in the fluidized bed.

В верхней секции 43 вихревой камеры в отверстиях 50 и 52 расположены два последовательных газовых выходных патрубка 54 и 56, служащие для отвода очищенного газа из газового пространства 31 вихревой камеры. Газовые выходные патрубки 54, 56, то есть так называемые центральные патрубки в сепараторе, могут быть выполнены из керамики или могут быть охлаждаемыми патрубками для обеспечения возможности выдерживания высоких температур в сепараторе. Центральные патрубки, предпочтительно расположены в газовом пространстве 31 вихревой камеры таким образом, что их центральные оси находятся на центральной оси газового вихря, образуемого завихряющимся газом в пространстве 31. Газы поступают от сепаратора 12 в проход 60, расположенный в самом его верху. Проход 60 снабжен поверхностями использования тепла 62. Далее газы проходят в вертикальную секцию конвекции 64, расположенную за реактивной камерой 10, также снабженную поверхностями использования тепла 66. Газы выпускаются через трубу 68. In the upper section 43 of the vortex chamber in the openings 50 and 52 are two consecutive gas outlet pipes 54 and 56, which serve to remove the purified gas from the gas space 31 of the vortex chamber. The gas outlet pipes 54, 56, that is, the so-called central pipes in the separator, can be made of ceramic or can be cooled pipes to allow high temperatures to be maintained in the separator. The central nozzles are preferably located in the gas space 31 of the vortex chamber in such a way that their central axes are located on the central axis of the gas vortex formed by the swirling gas in space 31. Gases flow from the separator 12 into the passage 60 located at its very top. The passageway 60 is provided with heat utilization surfaces 62. The gases then pass into a vertical convection section 64 located behind the reaction chamber 10, also provided with heat utilization surfaces 66. The gases are discharged through a pipe 68.

Длинные стенки вихревой камеры усилены посредством разделительной стенки 70, простирающейся между стенами 32 и 36. В продольном направлении разделительная стенка 70 простирается от места под входом 30 до нижней секции вихревой камеры. Стенка 70 предотвращает прогибы и вибрации длинных стенок, вызываемые проходящим газом. Вместо разделительной стенки могут также использоваться в качестве элементов жесткости для длинных стенок износостойкие опорные брусы. Часть 40, отогнутая от стенки 32 для образования входной щели 30, придает жесткость стенке 32 в верхней секции вихревой камеры. The long walls of the vortex chamber are reinforced by a dividing wall 70 extending between walls 32 and 36. In the longitudinal direction, the dividing wall 70 extends from a location under the inlet 30 to the lower section of the vortex chamber. Wall 70 prevents deflections and vibrations of long walls caused by passing gas. Instead of a dividing wall, wear-resistant support bars can also be used as stiffeners for long walls. Part 40, bent from the wall 32 to form the entrance slit 30, gives rigidity to the wall 32 in the upper section of the vortex chamber.

В вихревой камере отсутствуют круглые элементы для поддержания кругового движения газа в вихре или для направления твердых частиц. Поэтому, поперечные сечения газового пространства 31 вихревой камеры, то есть пространства, заполняемого газом, совершенно не круглое. Тангенциальная подача входящего газа, расположение газового выхода и плоские стенки дают определенный вклад в образование газового вихря в газовом пространстве 31. Неожиданно было обнаружено, что для поддержания газового вихря нет необходимости в цилиндрических или других направляющих стенках в газовом пространстве 31 сепаратора 12. В настоящем описании и пунктах формулы изобретения термин кругообразность означает отношение периметра поперечного сечения внутренней поверхности газового пространства 31 вихревой камеры к длине окружности наибольшего круга, вписывающегося в поперечное сечение, которое всегда >1, например,≥ 1,1 и, предпочтительно, ≥1,15 согласно изобретению. Стенки вихревой камеры внутри облицованы тонким слоем износостойкого при истирании и теплостойкого огнеупорного материала, не показанного на рисунках. Толщина этого слоя обычно находится в пределах около 40-150 мм. Предпочтительно, этот износостойкий при истирании и огнеупорный материал может наноситься непосредственно на стенки 32, 34, 36 и 38. В местах, которые в большей степени подвергаются истирающему действию, необходимо увеличивать толщину слоя этого материала или использовать более износостойкий при истирании и огнеупорный материал. Таким образом, например, стенка 36, противолежащая газовому входу 32, может иметь огнеупорную облицовку, длина которой соответствует высоте входа. По крайней мере, часть частиц, захваченных газовой струей, входящей в вихревую камеру, затем удаляется в эту облицованную часть стенки 36. There are no circular elements in the vortex chamber to maintain the circular motion of the gas in the vortex or to direct solid particles. Therefore, the cross-sections of the gas space 31 of the vortex chamber, that is, the space filled with gas, is not completely round. The tangential supply of the incoming gas, the location of the gas outlet and the flat walls make a certain contribution to the formation of the gas vortex in the gas space 31. It was unexpectedly found that to maintain the gas vortex there is no need for cylindrical or other guide walls in the gas space 31 of the separator 12. In the present description and the claims, the term “roundness” means the ratio of the perimeter of the cross section of the inner surface of the gas space 31 of the vortex chamber to the circumference and a larger circle that fits into a cross section that is always> 1, for example, ≥ 1.1, and preferably ≥1.15 according to the invention. The walls of the vortex chamber inside are lined with a thin layer of abrasion-resistant and heat-resistant refractory material, not shown in the figures. The thickness of this layer is usually in the range of about 40-150 mm. Preferably, this abrasion-resistant and refractory material can be applied directly to the walls 32, 34, 36 and 38. In places that are more susceptible to abrasion, it is necessary to increase the thickness of the layer of this material or to use a more abrasion-resistant and refractory material. Thus, for example, the wall 36, opposite the gas inlet 32, may have a refractory lining, the length of which corresponds to the height of the inlet. At least a portion of the particles captured by the gas stream entering the vortex chamber is then removed into this lined portion of the wall 36.

Твердые частицы, увлеченные газом, входящим в сепаратор 12, обычно движутся по более прямой траектории, чем газ. Например, когда газ входит в вихревую камеру и изменяет направление своего движения с целью образования вихря, некоторые из частиц в основном продолжают двигаться по прямой траектории, в конце концов ударяясь в противолежащую стенку 36. Вследствие медленности изменения движения частиц, крайние области вихревой камеры подвергаются истирающему действию, и предпочтительно они должны быть защищены более толстым слоем огнеупорного материала или более износостойким огнеупорным материалом. Particulate matter entrained by the gas entering the separator 12 typically moves along a more direct path than the gas. For example, when a gas enters a vortex chamber and changes its direction of motion to form a vortex, some of the particles continue to move along a straight path, eventually hitting an opposing wall 36. Due to the slow change in particle motion, the extreme regions of the vortex chamber undergo abrasion action, and preferably they should be protected by a thicker layer of refractory material or a more wear-resistant refractory material.

Однако, при больших объемах потоков твердых частиц, свойственных работе циркуляционных реакторов с псевдоожиженным слоем, необязательно наибольшему истирающему действию, вызываемому твердыми частицами, подвергается область стенки, противолежащей входу. Критические области могут располагаться с обеих сторон этой области. Причиной этому могло бы быть то, что сами частицы при своем скольжении вниз по стенке образуют защитный барьер или защитный слой в этой области. При нанесении защитного слоя огнеупорного материала необходимо иметь это в виду, чтобы износостойкий огнеупорный материал наносился на всю эту критическую область, а не только на ту ее часть, расположенную под прямым углом и напротив газового входа, в которую ударяются частицы. However, with large volumes of solid particle flows characteristic of the operation of circulating fluidized bed reactors, not necessarily the greatest abrasion caused by the solid particles undergoes a wall region opposite the entrance. Critical areas can be located on both sides of this area. The reason for this could be that the particles themselves, when they slide down the wall, form a protective barrier or protective layer in this region. When applying a protective layer of refractory material, it must be borne in mind that a wear-resistant refractory material is applied to this entire critical region, and not only to that part located at right angles and opposite the gas inlet into which the particles hit.

Угловые области вихревой камеры способствуют лучшему отделению твердых частиц. В угловых областях поток газа, несущий твердые частицы, вынужден резко изменять свое направление. Газ изменяет направление своего движения более легко, чем твердые частицы, которые собираются в угловых областях. Это ведет к снижению скорости потока частиц в направлении вихревого потока в угловых областях. Поток частиц может даже полностью прекратиться при попадании в слой суспензии более тяжелых частиц близко к стенке в угловых областях, что ведет к дальнейшему скоплению частиц вблизи угловых областей. The angular regions of the vortex chamber contribute to better separation of solid particles. In the corner regions, a gas stream carrying solid particles is forced to abruptly change its direction. Gas changes its direction of movement more easily than solid particles that collect in angular regions. This leads to a decrease in the particle velocity in the direction of the vortex flow in the angular regions. The particle flow can even completely stop when heavier particles get into the suspension layer close to the wall in the corner regions, which leads to further particle accumulation near the corner regions.

Таким образом, концентрированные суспензии/слои частиц или другие скопления тяжелых частиц отделяются легче под действием гравитации от газового потока в вихревой камере и проходят вниз в угловых областях в нижнюю часть сепаратора. Thus, concentrated suspensions / layers of particles or other accumulations of heavy particles are more easily separated by gravity from the gas flow in the vortex chamber and pass downward in the corner regions to the bottom of the separator.

Труба 14 также делится разделительной стенкой 71 на две части 13 и 15, нижние секции которых образуют, посредством облицованных кирпичом или огнеупорным материалом стенок 72, воронкообразные пространства 74 и 76, куда падают отделенные твердые частицы. Из воронкообразного пространства твердые частицы попадают через отверстия 78 и 80 обратно в нижнюю секцию реакционной камеры. The pipe 14 is also divided by the dividing wall 71 into two parts 13 and 15, the lower sections of which form, by means of the walls 72 lined with brick or refractory material, funnel-shaped spaces 74 and 76, where the separated solid particles fall. From the funnel-shaped space, solid particles enter through openings 78 and 80 back to the lower section of the reaction chamber.

На фиг. 1 иллюстрируется предпочтительно воплощение изобретения, в котором стенка 16 реакционной камеры является стенкой 32 трубы 14. Согласно второму воплощению изобретения, показанному на фиг. 4, возвратная труба образуется отдельными стенками, в данном случае не используется стенка реакционной камеры. На фиг. 4 используются те же цифровые обозначения, что и на фиг. 1, 2 и 3. В нижней секции вихревой камеры 12 стенки 32 и 36 изогнуты в направлении друг к другу для образования симметричного канала в нижней секции вихревой камеры. Таким образом, возвратная труба 14 располагается на небольшом расстоянии от реакционной камеры. Нижняя часть возвратной трубы 14 снабжена петлевым уплотнением или коленом 84, которое предотвращает утечку газа из реакционной камеры в возвратную трубу 14. In FIG. 1 illustrates a preferred embodiment of the invention in which the wall 16 of the reaction chamber is the wall 32 of the pipe 14. According to the second embodiment of the invention shown in FIG. 4, the return pipe is formed by separate walls, in this case the wall of the reaction chamber is not used. In FIG. 4, the same numerals are used as in FIG. 1, 2 and 3. In the lower section of the vortex chamber 12, the walls 32 and 36 are curved towards each other to form a symmetrical channel in the lower section of the vortex chamber. Thus, the return pipe 14 is located at a small distance from the reaction chamber. The lower part of the return pipe 14 is provided with a loop seal or elbow 84, which prevents gas leakage from the reaction chamber to the return pipe 14.

В воплощении изобретения, показанном на фиг. 4, труба 14 представляет собой такую же удлиненную трубу, которая показана на фиг. 2. Однако, с помощью разделительных стенок самая нижняя секция вихревой камеры может иметь такую форму, чтобы образовывались один или несколько выходов для твердых частиц в воронкообразном дне вихревой камеры, при этом форма выходов близка к квадрату или кругу. Таким образом, выход или выходы могут соединяться с возвратными трубами, как в обычных циклонных сепараторах. In the embodiment of the invention shown in FIG. 4, pipe 14 is the same elongated pipe as shown in FIG. 2. However, using the partition walls, the lowest section of the vortex chamber can be shaped so that one or more outlets for solid particles are formed in the funnel-shaped bottom of the vortex chamber, with the shape of the exits being close to a square or circle. Thus, the outlet or exits can be connected to the return pipes, as in conventional cyclone separators.

На фиг. 5 показано поперечное сечение по линии В-В на фиг. 4, соответствующее сечению по линии Б-Б на фиг. 2. В воплощении изобретения, показанном на фиг. 1, 2 и 3 вихревая камера 12 имеет один газовый вход 30, центробежный сепаратор, показанный на фиг. 4, имеет два входа 86 и 88, по одному для каждого газового вихря. Как в случае фиг. 3, поперечное сечение вихревой камеры 12 также представляет собой прямоугольник. Поперечное сечение газового пространства на вихрь почти квадратное. Стенки вихревой камеры защищены тонким слоем износостойкого при истирании огнеупорного материала, не показанного на рисунках. In FIG. 5 shows a cross section along line BB in FIG. 4, corresponding to a section along line BB in FIG. 2. In the embodiment of the invention shown in FIG. 1, 2 and 3, the vortex chamber 12 has one gas inlet 30, the centrifugal separator shown in FIG. 4, has two inlets 86 and 88, one for each gas vortex. As in the case of FIG. 3, the cross section of the vortex chamber 12 is also a rectangle. The cross section of the gas space on the vortex is almost square. The walls of the vortex chamber are protected by a thin layer of abrasion-resistant refractory material, not shown in the figures.

Предлагаемый центробежный сепаратор обладает преимуществом, так как в одном корпусе сепаратора может быть образовано множество газовых вихрей. Например, в одном пространстве внутри сепаратора могут образоваться четыре вихря, тем самым, как показано на фиг. 6, каждый вихрь может иметь свой газовый выход 54, 55, 56 и 57. Предпочтительно, сепаратор имеет два газовых выхода, так что один вход служит для подачи газа для образования двух вихрей. Соответственно, можно представить себе сепараторы, имеющие еще большее количество вихрей. The centrifugal separator according to the invention has the advantage since a plurality of gas vortices can be formed in one separator housing. For example, four vortices may form in one space inside the separator, thereby, as shown in FIG. 6, each vortex may have its own gas outlet 54, 55, 56 and 57. Preferably, the separator has two gas outlets, so that one inlet serves to supply gas to form two vortices. Accordingly, one can imagine separators having an even greater number of vortices.

Газовые входы расположены в сепараторе таким образом, чтобы осуществлялась подача газа главным образом тангенциально к вихрю, который должен быть образован. В воплощении изобретения, показанном на фиг. 6, многовихревой сепаратор имеет опорную стенку 70, поддерживающую длинные стенки сепаратора, стенка делит вихревую камеру на две равные по размеру секции. The gas inlets are located in the separator so that the gas is supplied mainly tangentially to the vortex, which must be formed. In the embodiment of the invention shown in FIG. 6, the multi-vortex separator has a supporting wall 70 supporting the long walls of the separator; the wall divides the vortex chamber into two sections of equal size.

С другой стороны, также независимые сепараторы с двумя вихрями могут просто размещаться рядом для образования батареи сепараторов из 4-х вихрей. Из-за использования плоских стенок сепараторы легко размещаются рядом без какой-либо необходимости в дополнительных площадях. Таким образом, может просто соединяться требуемое количество меньших по размеру стандартных сепараторов. Такая конструкция намного дешевле, так как элементы сепараторов стандартного размера могут конструироваться и вместо изготовления одного сепаратора большего размера может комбинироваться требуемое количество меньшего размера. On the other hand, also independent separators with two vortices can simply be placed side by side to form a battery of separators of 4 vortices. Due to the use of flat walls, the separators are easily placed side by side without any need for additional space. Thus, the required number of smaller standard separators can simply be combined. This design is much cheaper, since the elements of the separators of a standard size can be designed and instead of manufacturing a single separator of a larger size, the required amount of a smaller size can be combined.

Когда несколько плоских стеновых элементов комбинируется для образования длинных сепараторных батарей с общими разделительными стенками между различными секциями сепаратора, количество стенок, которые должны свариваться на месте намного меньше, чем в производстве комбинации полностью несоединенных сепараторов. Количество стенок в сепараторной батарее согласно изобретению равно или меньше суммы из количества образуемых вихрей плюс три, когда между всеми вихрями имеется разделительная стенка. Общая площадь стенки, необходимая для сепараторных блоков, также меньше, что делает сепаратор более дешевым. Конструкция, показанная на фиг. 1, является очень выгодной. В этой конструкции в сепараторе также используется площадь поверхности стенки реакционной камеры. В этом случае количество требуемых стенок равно или меньше суммы из количества вихрей плюс два, когда между всеми вихрями имеется разделительная стенка. Количество стенок еще меньше, если не используются разделительные стенки. When several flat wall elements are combined to form long separator batteries with common separation walls between different sections of the separator, the number of walls that must be welded in place is much less than in the manufacture of a combination of completely unconnected separators. The number of walls in the separator battery according to the invention is equal to or less than the sum of the number of vortices formed, plus three, when there is a separation wall between all vortices. The total wall area required for the separator blocks is also smaller, which makes the separator cheaper. The construction shown in FIG. 1, is very beneficial. In this design, the surface area of the wall of the reaction chamber is also used in the separator. In this case, the number of required walls is equal to or less than the sum of the number of vortices plus two, when there is a dividing wall between all vortices. The number of walls is even less if dividing walls are not used.

Также в предлагаемом сепараторе может быть только один вихрь и один или более газовых входов, как показано на фиг. 7. Преимущества изобретения, получаемые за счет построения вихревой камеры из плоских стенок, так что внутренняя часть вихревой камеры практически совершенно не круглая, также достигаются в данном случае. Also, in the proposed separator there can be only one vortex and one or more gas inlets, as shown in FIG. 7. The advantages of the invention, obtained by constructing a vortex chamber from flat walls, so that the inside of the vortex chamber is practically completely non-circular, are also achieved in this case.

Показанные воплощения изобретения не ограничивают объем изобретения, и могут быть предложены различные модификации в пределах объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения. Таким образом, в некоторых случаях вихревая камера может иметь поперечное сечение в виде многоугольника, например, шестиугольника или даже восьмиугольника, также изготовленная из плоских панелей. Поперечное сечение газового пространства вихревой камеры в основном такое же по форме, как поперечное сечение, образованное внешними стенками вихревой камеры. В предлагаемом сепараторе газовое пространство вихревой камеры не имеет практически изогнутых стенок, например, выполненных из износостойких при истирании огнеупорных материалов, теплоизоляционных огнеупорных материалов или направляющих пластин так, чтобы поперечное сечение вихревой камеры становилось бы близким к круглому. Однако, внутренние стенки могут быть облицованы тонким слоем износостойкого при истирании огнеупорного материала. The shown embodiments of the invention do not limit the scope of the invention, and various modifications may be proposed within the scope of the invention defined by the appended claims. Thus, in some cases, the vortex chamber may have a cross section in the form of a polygon, for example, a hexagon or even an octagon, also made of flat panels. The cross section of the gas space of the vortex chamber is basically the same in shape as the cross section formed by the outer walls of the vortex chamber. In the proposed separator, the gas space of the vortex chamber does not have practically curved walls, for example, made of abrasion-resistant refractory materials, heat-insulating refractory materials or guide plates so that the cross section of the vortex chamber becomes close to round. However, the inner walls can be lined with a thin layer of abrasion-resistant refractory material.

Предлагается также способ отделения частиц от потока нагретого до высокой температуры газа, содержащего частицы, используя вихревую камеру с внутренним газовым пространством, имеющим кругообразность, превышающую единицу предпочтительно, ≥1,1. Способ содержит операции введения горячего газа, несущего твердые частицы, в верхнюю часть некруглого внутреннего газового пространства 31 вихревой камеры, образования, по крайней мере, одного вертикального газового вихря в вихревой камере, в которой газ завихряется в газовом пространстве, входя в контакт со стенками вихревой камеры, одновременно осуществляя охлаждение, по меньшей мере, части стенок, удаления горячего газа, от которого были отделены твердые частицы, из вихревой камеры, и удаления отделенных твердых частиц из нижней части вихревой камеры. A method is also provided for separating particles from a stream of gas heated to a high temperature containing particles using a vortex chamber with an internal gas space having a circularity greater than unity, preferably ≥1.1. The method comprises the steps of introducing hot gas carrying solid particles into the upper part of the non-circular inner gas space 31 of the vortex chamber, forming at least one vertical gas vortex in the vortex chamber, in which the gas vortices in the gas space, coming into contact with the walls of the vortex the chamber, while simultaneously cooling at least part of the walls, removing the hot gas from which the solid particles were separated from the vortex chamber, and removing the separated solid particles from the bottom swirl chamber.

Claims

1. A centrifugal separator for separating solid particles from gases, comprising a vertical vortex chamber, which has walls forming an internal gas space and an upper section and a lower section, at least one inlet for gases to be cleaned, located in the upper section of the vortex chamber at least one outlet for purified gases from the vortex chamber, at least one outlet for separated particles located in the lower section of the vortex chamber, the inlet, outlets and chamber contributing to the formation of the vortex second chamber with at least one vertical gas vortex, the vortex chamber walls have a circularity greater than 1, characterized in that at least two opposing walls of the upper section of the vortex chamber are formed by cooling surfaces.

2. The separator according to claim 1, characterized in that all the side walls of the vortex chamber are formed by cooling surfaces.

3. The separator according to claim 1, characterized in that the cross section of the space defined by the side walls of the vortex chamber has a rectangle shape such that the length of the long side walls of the rectangle is two or more times the length of the short side walls, while the vortex chamber is provided with two or more sequential outlets for gas in the longitudinal direction of the vortex chamber with the possibility of the formation in the vortex chamber of two or more gas vortices.

4. The separator according to claim 1, characterized in that the inner surface of the gas space of the vortex chamber is lined with a thin layer of wear-resistant when abrasive refractory material.

5. The separator according to claim 1, characterized in that the circular cross-section of the gas space of the vortex chamber is greater than 1.1.

6. The separator according to claim 1, characterized in that the circular cross-section of the gas space of the vortex chamber is greater than 1.15.

7. The separator according to claim 3, characterized in that the walls of the vortex chamber are flat and the gas space has a cross section in the form of a polygon.

8. The separator according to claim 1, characterized in that the vortex chamber is provided with one inlet to two outlets for gas with the possibility of distributing gas from one inlet to form two gas vortices, gases from which are released through two separate outlets.

9. The separator according to claim 3, characterized in that at least between the two gas vortices in the vortex chamber there is a separation wall extending from one long side wall of the vortex chamber to another, and this separation wall serves as a support element for long side walls .

10. The separator according to claim 1, characterized in that the gas inlet or inlets are in the form of vertical narrow slots.

11. The separator according to claim 10, characterized in that the slit or slots have a height equal to the height of the upper section of the vortex chamber.

12. The separator according to p. 10, characterized in that the cross-section of the gas space in the upper section of the vortex chamber is practically constant at different heights.

13. The separator according to claim 10, characterized in that the cross-sectional area of the gas space in the lower section of the vortex chamber decreases downward.

14. The separator according to claim 13, characterized in that at least one wall in the lower section of the vortex chamber is inclined in order to reduce the gas space in the downward direction.

15. The separator according to claim 14, characterized in that the two opposite walls in the lower section of the vortex chamber are brought together in a downward direction, so that a certain gap is formed in the lower section.

16. The separator according to claim 14, characterized in that one wall in the lower section of the vortex chamber approaches the opposite wall so that a gap is formed in the lower section.

17 The separator according to claim 1, characterized in that one or more walls in the lower section of the vortex chamber are brought together so that a gap or channel is formed in the lower section of the vortex chamber of substantially the same size as the exit for individual particles.

18. The separator according to claim 1, characterized in that the exits for the separated particles are not on the same axis of symmetry as the outlet or exits of the purified gases.

19. A method of separating particles from a stream of hot gas carrying solid particles, which consists in the fact that the hot gas carrying solid particles is introduced into the upper part of the gas space of a centrifugal separator with a vertical vortex chamber formed by completely non-cylindrical walls defining a gas space with a transverse a section that has a completely non-circular shape, having a circularity greater than or equal to 1.1, form at least one vertical gas vortex in a vertical vortex chamber, in which the gas swirls in the gas space, making contact with the walls of the chamber, then the hot gas from which the particles are separated is removed from the vortex chamber, and the separated particles are removed from the lower part of the vortex chamber, characterized in that when the vortex contacts the walls of the vortex chamber, they are simultaneously cooled at least part of the walls.

20. The method according to p. 19, characterized in that the introduction of gas is carried out in a vertically elongated volume of the vortex chamber.

21. The method according to p. 19, wherein the hot gas is gas from a circulating fluidized bed reactor, and it includes an additional operation of recirculating the removed solid particles from the bottom of the vortex chamber to a circulating fluidized bed reactor.

22. The method according to p. 19, characterized in that the introduction of hot gas carrying solid particles into the upper part of the vortex chamber is carried out by dividing the hot gas into several streams before introducing each separate part carrying the particles into the separate internal gas space of the vortex chamber.